(57)【要約】【課題】ペンの尖端の位置を決定するための正確な手段を提供し、送信ペンと外部受信器との間で補足的な情報を通信する手段も備えた送信ペン位置決めシステムを開発する。【解決手段】ペンが２つ以上の受信位置の外部受信器へ繰り返しの出力信号を送信し、そしてペンの尖端の位置がホワイトボードの書き込み面に対して決定される送信ペン位置決めシステム。出力要素は、単一信号送信ペンから２つ以上の受信位置の２つ以上の外部受信器へ時間従属の出力信号を送信する。各受信位置への出力信号の到達方向が決定され、単一送信ペンの尖端が、ペンから外部受信器への方向ベクトルの交点として決定される。別の実施形態では、トランスジューサが時間従属の出力信号を送信ペンから３つ以上の外部受信器へ送信し、受信信号が処理され、各受信器への到達時間が決定されると共に、ペンの尖端の位置が受信器間の計算された距離として決定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の外部受信器を各々有する複数の受信位置を備え、
時間従属の出力信号が可動送信器から上記複数の外部受信器の各々に繰り返し送信され、上記時間従属の出力信号が各々の上記受信位置における上記複数の外部受信器の各々に到達する相対的到達時間が、上記可動送信器と上記複数の受信位置各々との間の方向を定義し、そして
上記可動送信器から上記複数の受信器の各々への上記方向に基づいて上記可動送信器の位置を決定する手段を更に備えたことを特徴とする送信器位置決めシステム。
【請求項２】
上記出力信号は、超音波信号である請求項１に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項３】
上記出力信号は、上記可動送信器に関するエンコードされた情報を含む請求項１に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項４】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された色を含む請求項３に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項５】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された線巾を含む請求項３に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項６】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された線形式を含む請求項３に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項７】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器のユーザ識別を含む請求項３に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項８】
書き込み領域を有する表面、複数の外部受信器を各々有する複数の受信位置、及び信号プロセッサを備え、
上記表面の書き込み領域内に配置される可動デバイスを更に備え、この可動デバイスは、ある周波数の出力信号をこの可動デバイスから上記複数の受信位置の各々へ繰り返し送信し、そして
上記複数の外部受信器の各々に接続された信号プロセッサを備え、この信号プロセッサは、各々の上記受信位置への上記可動デバイスの方向を計算するように上記出力信号を処理すると共に、上記可動送信器から上記複数の受信位置の各々への上記計算された方向に基づいて上記可動デバイスの位置を決定することを特徴とする位置決めシステム。
【請求項９】
上記出力信号は、超音波出力信号である請求項８に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項１０】
上記出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項８に記載の位置決めシステム。
【請求項１１】
上記可動デバイスは、送信ペンに配置され、上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項１０に記載の位置決めシステム。
【請求項１２】
上記出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項８に記載の位置決めシステム。
【請求項１３】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１４】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１５】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１６】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項１２に記載の位置決めシステム。
【請求項１７】
表面の書き込み領域に対する送信ペンの位置を計算するための方法において、
上記送信ペンから、複数の外部受信器を各々有する複数の受信位置へ出力信号を送信し、
各々の上記受信位置における上記出力信号の位相差に基づいて上記送信ペンから上記複数の受信位置の各々への方向を決定し、そして
上記送信ペンから上記複数の受信位置の各々への上記決定された方向に基づいて上記送信ペンの位置を決定する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１８】
上記出力信号は、超音波出力信号である請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記出力信号は、上記送信ペンに関するエンコードされた情報を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された色を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された線巾を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された線形式を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンのユーザ識別を含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも３つの外部受信器を備え、
時間従属の出力信号が可動送信器から各々の上記外部受信器へ繰り返し送信され、各々の上記外部受信器に到達する時間が、上記可動送信器と各々の上記外部受信器との間の距離を定義し、そして
上記可動送信器と各々の上記外部受信器との間の上記距離、及び上記出力信号と記憶された以前の出力信号との比較に基づいて、上記可動送信器の位置を決定する手段を更に備えたことを特徴とする送信器位置決定システム。
【請求項２７】
上記時間従属の出力信号は、超音波信号である請求項２６に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項２８】
上記時間従属の出力信号は、上記可動送信器に関するエンコードされた情報を含む請求項２６に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項２９】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された色を含む請求項２８に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項３０】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された線巾を含む請求項２８に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項３１】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器の決定された線形式を含む請求項２８に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項３２】
上記エンコードされた情報は、上記可動送信器のユーザ識別を含む請求項２８に記載の送信器位置決めシステム。
【請求項３３】
書き込み領域を有する表面、少なくとも３つの外部受信器及び信号プロセッサを備え、
上記表面の書き込み領域内に配置される可動デバイスを備え、この可動デバイスは、時間従属の出力信号をこの可動デバイスから各々の上記外部受信器へ繰り返し送信し、そして
各々の上記外部受信器に接続された信号プロセッサを備え、この信号プロセッサは、上記外部受信器への上記出力信号の到達時間、及び上記出力信号と以前の出力信号との比較に基づいて、上記可動デバイスと上記外部受信器との間の距離を決定し、そして上記可動デバイスと各々の上記外部受信器との間の上記計算された距離に基づいて上記可動デバイスの位置を決定することを特徴とする位置決めシステム。
【請求項３４】
上記出力信号は、超音波出力信号である請求項３３に記載の位置決めシステム。
【請求項３５】
上記出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項３３に記載の位置決めシステム。
【請求項３６】
上記可動デバイスは、送信ペンに配置され、上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項３５に記載の位置決めシステム。
【請求項３７】
上記出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項３３に記載の位置決めシステム。
【請求項３８】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項３７に記載の位置決めシステム。
【請求項３９】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項３７に記載の位置決めシステム。
【請求項４０】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項３７に記載の位置決めシステム。
【請求項４１】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項３７に記載の位置決めシステム。
【請求項４２】
表面の書き込み領域に対する送信ペンの位置を計算するための方法において、
時間従属出力信号を上記送信ペンから少なくとも３つの外部受信器へ送信し、  上記外部受信器の各々で受け取られた上記出力信号を、上記外部受信器の各々で受け取られた記憶された以前の第２出力信号と比較して、上記外部受信器の各々における上記出力信号の到達時間を決定し、
上記外部受信器の各々における上記出力信号の上記決定された到達時間に基づいて、上記送信ペンから各々の上記外部受信器への距離を決定し、そして
上記送信ペンから各々の上記外部受信器への上記決定された距離に基づいて、上記送信ペンの位置を決定する、
という段階を含むことを特徴とする方法。
【請求項４３】
上記出力信号は、超音波出力信号である請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
上記出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
上記出力信号は、上記送信ペンに関するエンコードされた情報を含む請求項４２に記載の方法。
【請求項４７】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された色を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された線巾を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項４９】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンの決定された線形式を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項５０】
上記エンコードされた情報は、上記送信ペンのユーザ識別を含む請求項４６に記載の方法。
【請求項５１】
可動デバイスと受信位置との間の位置決めシステムにおいて、
第１の伝播速度を有する第１出力信号を含み、この第１出力信号は、上記可動デバイスから上記受信位置における複数の第１信号受信器へ繰り返し送信され、上記第１信号受信器の各々に到達する時間は、上記可動デバイスと上記複数の第１信号受信器の各々との間の距離に依存し、
更に、上記第１出力信号の上記第１伝播速度とは異なる第２伝播速度を有する第２出力信号を含み、この第２出力信号は、上記可動デバイスから上記受信位置における第２信号受信器へ繰り返し送信され、そして
上記複数の第１信号受信器で受信された上記第１出力信号を使用して、上記受信位置への上記第１信号の到達方向を決定すると共に、上記第２出力信号を使用して、上記可動デバイスから上記受信位置への距離を計算するようにして、上記可動デバイスの位置を決定する手段を更に備えたことを特徴とする位置決めシステム。
【請求項５２】
上記受信した第１出力信号は、記憶された以前の第１出力信号と比較される請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５３】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、記憶された以前に送信された上記第１出力信号を使用して、上記可動送信器から上記複数の第１信号受信器の各々への距離を計算する請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５４】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、プログラム可能である請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５５】
上記第１出力信号は繰り返し特徴を有し、上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、上記第１出力信号の上記繰り返し特徴と、記憶された以前に送信された上記第１出力信号とを比較する請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５６】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、上記第１出力信号及び記憶された以前に送信された上記第１出力信号を正規化する請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５７】
上記第２出力信号は、電磁出力信号である請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５８】
上記第２出力信号は、赤外線出力信号である請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項５９】
上記第２出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項６０】
上記可動デバイスは、送信ペンであり、上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項５９に記載の位置決めシステム。
【請求項６１】
上記第２出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項６２】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項６１に記載の位置決めシステム。
【請求項６３】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項６１に記載の位置決めシステム。
【請求項６４】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項６１に記載の位置決めシステム。
【請求項６５】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項６１に記載の位置決めシステム。
【請求項６６】
上記第１出力信号は、超音波送信信号である請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項６７】
更に、上記受信位置と、上記可動デバイスの位置を決定する上記手段との間にワイヤレス接続を含む請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項６８】
更に、画成された機能領域を含み、上記可動デバイスは、これら機能をコンピュータへ送信するように選択的にアクチベートされる請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項６９】
上記第１出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項５１に記載の位置決めシステム。
【請求項７０】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項６９に記載の位置決めシステム。
【請求項７１】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項６９に記載の位置決めシステム。
【請求項７２】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項６９に記載の位置決めシステム。
【請求項７３】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項６９に記載の位置決めシステム。
【請求項７４】
表面に対する可動デバイスの位置を計算するための方法において、
第１の伝播速度を有する第１の出力信号を上記可動デバイスから受信位置における少なくとも２つの第１信号受信器へ繰り返し送信し、
上記第１出力信号の第１伝播速度とは異なる第２伝播速度を有する第２の出力信号を上記可動デバイスから上記受信位置における第２信号受信器へ繰り返し送信し、
上記第２信号受信器における上記第２出力信号の到達時間と、上記受信位置における少なくとも１つの上記第１信号受信器への上記第１出力信号の到達時間とに基づいて、上記可動デバイスから上記受信位置までの距離を決定し、
上記受信位置の上記第２信号受信器の各々における上記第２出力信号の上記到達時間に基づいて、上記可動デバイスと上記受信位置との間における上記第１出力信号の到達方向を決定し、そして
上記可動デバイスから上記受信位置までの上記決定された距離と、上記可動デバイスと上記受信位置との間における上記第１出力信号の上記決定された到達方向とに基づいて、上記可動デバイスの位置を計算する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項７５】
上記第１出力信号を以前の第１出力信号と比較する段階を更に含む請求項７４に記載の方法。
【請求項７６】
上記の比較段階は、上記可動デバイスから上記複数の第１信号受信器の各々への距離を計算するために、上記複数の第１信号受信器各々で受信された上記第１出力信号を、上記複数の第１信号受信器の各々で受信された複数の上記記憶された以前の第１出力信号と比較する請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
上記第１出力信号と上記記憶された以前の第１出力信号とを比較する上記段階は、プログラム可能である請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
上記第１出力信号及び上記記憶された以前の第１出力信号は、繰り返し特徴を含み、そして上記比較段階は、上記第１出力信号及び上記記憶された以前の第１出力信号の上記繰り返し特徴を比較する請求項７５に記載の方法。
【請求項７９】
上記表面は、ホワイトボードである請求項７４に記載の方法。
【請求項８０】
上記第２出力信号は、電磁出力信号である請求項７４に記載の方法。
【請求項８１】
上記第２出力信号は、赤外線出力信号である請求項７４に記載の方法。
【請求項８２】
上記第２出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項７４に記載の方法。
【請求項８３】
上記第１信号状態は、上記可動デバイスのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記可動デバイスのペンダウン位置に対応する請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
上記第２出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項７４に記載の方法。
【請求項８５】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項８４に記載の方法。
【請求項８６】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項８４に記載の方法。
【請求項８７】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項８４に記載の方法。
【請求項８８】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項８４に記載の方法。
【請求項８９】
上記第１の出力信号は、超音波送信信号である請求項８４に記載の方法。
【請求項９０】
上記受信位置と信号プロセッサとの間にワイヤレス接続を与える段階を更に含む請求項７４に記載の方法。
【請求項９１】
上記表面に機能領域を形成し、これにより、上記可動デバイスは、コンピュータへ情報を送信するように選択的にアクチベートされる請求項７４に記載の方法。
【請求項９２】
上記第１出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項７４に記載の方法。
【請求項９３】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色を含む請求項９２に記載の方法。
【請求項９４】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線巾を含む請求項９２に記載の方法。
【請求項９５】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された線形式を含む請求項９２に記載の方法。
【請求項９６】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項９２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リモートデバイスの位置決めアルゴリズムの分野に係る。より詳細には、本発明は、電子ポインティングデバイスの位置を決定するアルゴリズムシステムに係る。
【背景技術】
【０００２】
デジタルペン及びホワイトボードシステムは、種々様々な電子的アプリケーションに使用されている。これらのシステムは、通常、ホワイトボード、位置指示ペン、及びこれらのホワイトボードと位置指示ペンとの間の相互作用を決定するための関連電子装置とを備えている。通常、位置指示ペン及びホワイトボードの相対的な位置を表すためにデジタルデータ信号が導出される。
リモートデバイスに対する位置信号として超音波のような信号が使用されるときには、デバイスの位置を正確に決定することがしばしば困難となる。というのは、外部受信器への到達時間を決定するものとして順次の長い波形パルスの各々をどこで測定するか決定することが困難だからである。
【０００３】
Ｍ．ステフィック及びＣ．ヒーター氏の「超音波位置入力デバイス(Ultrasound Position Input Device)」と題する米国特許第４，８１４，５５２号（１９８９年３月２１日付）は、書き込み器具、この器具が書き込み面に接触しているかどうか決定する圧力スイッチ、表面上の針の位置を三角測量する音響送信器、及びデータ及びタイミング情報をコンピュータへ送信するワイヤレス送信器を使用して、コンピュータへ手書きフォームを入力するための入力デバイス即ち針を開示している。動作中に、この針は、赤外線信号及び超音波パルスを送信し、赤外線信号は、システムにより直ちに受信され、そして超音波パルスは、音波の速度及びマイクロホンから針までの距離に基づく遅延の後に２つのマイクロホンにより受信される。ステフィック氏等は、到来する超音波信号を分析して針の位置を決めるためのアルゴリズムを開示しているが、このアルゴリズムは、１つの音波パルスサンプルのみからの情報を使用して２つの各マイクロホンまでの半径を計算し、２つの半径を、計算されたＸ、Ｙ位置へ変換し、そして計算されたＸ、Ｙ値をフィルタし、それらが指定の限界又は範囲から変動する場合にそれらを記述経路から除去する。
【０００４】
Ｂ．エドワード氏の「超音波位置探索方法及び装置(Ultrasound Position Locating Method and Apparatus Therefor」と題する米国特許第５，１４２，５０６号（１９９２年８月２５日）は、２つ以上のポイント間における超音波バーストの走行時間を正確に決定することによって距離を測定するための位置探索方法及び装置を開示している。各バーストが送信ポイントから放射されるべくトリガーされたときにタイマークロックがスタートされ、そしてバースト内の明確に定められたポイントがそれに対応する受信ポイントに受信されたときにタイマークロックがストップされる。この明確に定められたポイントは、バースト内の特定のサイクルを識別するためにバーストを最初に分析することにより決定される。次いで、この特定のサイクルは、サイクル内の特定のポイントを検出するために分析される。
エドワード氏により開示されたようなアナログシステムは、本来的に、現在の信号バーストと、単一の以前の信号からの少量の振幅情報との間の「オン・ザ・フライ」比較に限定される。これらのアナログシステムは、以前の全信号バーストをメモリに記憶するものでないので、以前の最後の信号における少数の特徴の比較に限定される。
【０００５】
エドワード氏は、通常、多数の受信器を使用し、普通の三角法計算を使用して送信器を位置決めするが、このアナログシステムは、受信した超音波波形の「バースト」内の相次ぐサイクルにおいて少数の測定ピーク間で振幅を比較することに限定される。一般に、送信器を普通に使用した場合に、送信器から受信器への向き、書き込み表面の異なる領域間に送信器を移動する速度、送信信号の信号強度、ノイズ又は反射によって波形が通常変化するために、結果にエラーが生じることがある。パルス波形内の特定サイクルの振幅に依存すると、１つ以上のサイクルにエラーを招き、その結果、数センチメーターの位置検出エラーが生じる。このようなアナログシステムにおけるエラーは、通常、送信器の位置の決定を不正確なものにするか、又は決定された位置ポイントを可動送信器の記述経路から「投げ出」さねばならなくなる。又、使用されるこのアナログシステムは、本来的に、以前の出力信号と現在の出力信号の信号「バースト」内における選択されたサイクルピークの振幅間比較の形式を限定し、従って、このアナログシステムをハードウェア実施形態又は改良された波形比較技術に容易に適用する上で妨げとなる。
【０００６】
Ｉ．ギルチリスト氏の「音響マウスシステム(Acoustic Mouse System)」と題する米国特許第５，１４４，５９４号（１９９２年９月３日付）は、ディスプレイ表面のＸ−Ｙ面上の指示を制御する音響マウスシステムを開示している。このシステムは、ｘ−ｙ平面内にある少なくとも３つの音響受信器と、ｘ−ｙ平面に対して平行に且つｘ−ｙ平面に垂直なｚ方向にも移動可能な手で移動できる音響送信器とを備えている。この送信器は、支持体及びその受信器の方向に周期的な音響発振を発生する。検出回路は、音響受信器からの信号に応答して、ｘ−ｙ平面における音響送信器の絶対位置を表わす信号を発生する。プロセッサは、検出回路からの信号に応答して、絶対位置信号をディスプレイへ供給し、ディスプレイは、それに応答して、ディスプレイ表面のＸ−Ｙ面における対応位置の指示を移動する。検出回路は、更に、ｚ位置信号をディスプレイへ供給することもでき、これにより、ディスプレイは、ｚ位置信号に基づいて表示機能を変更することができる。ギルチリスト氏は、一般的な周期的音響波長位置指示システムを開示しているが、検出回路により、送信器信号の到達方向又は到達時間のいずれかによって移動可能な音響送信器の位置を決定する有効なアルゴリズムについては開示していない。更に、このシステムは、移動可能な音響送信器を適切に位置決めするために最低３つの音響受信位置を必要とすることが明らかである。又、ギルチリスト氏は、移動可能な音響送信器の決定に充分な精度を与えるのに使用できる波形分析技術についても開示していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，８１４，５５２号
【特許文献２】米国特許第５，１４２，５０６号
【特許文献３】米国特許第５，１４４，５９４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、これまでに開示されている公知のシステム及び方法は、送信ペンと書き込み領域との間の空間的な関係を決定するための基本的な送信ペン及びホワイトボード位置決めシステムを提供するが、ペンの尖端の位置を決定するための正確な手段を提供するものではない。このような送信ペン位置決めシステムの開発は、大きな技術的進歩をもたらすであろう。更に、送信ペンと外部受信器との間で補足的な情報を通信する手段も備えた送信ペン位置決めシステムの開発は、更に大きな技術的進歩をもたらすであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、送信ペンが、２つ以上の受信位置にある外部受信器へ繰り返し出力信号を送信し、ペンの尖端の位置がホワイトボードの書き込み面に対して決定されるような送信ペン位置決めシステムが提供される。１つの実施形態では、出力要素、好ましくは、超音波トランスジューサが、送信ペンから２つ以上の受信位置にある２つ以上の外部受信器へ出力信号を送信する。各受信位置への出力信号の到達方向が決定され、そして送信ペンの尖端の位置が、ペンから外部受信器への方向ベクトルの交点として決定される。別の実施形態では、トランスジューサが送信ペンから３つ以上の外部受信器へ出力信号を送信し、受信信号は、各受信器への到達時間を決定するように処理され、そしてペンの尖端の位置は、トランスジューサと各受信器との間の計算された距離として決定される。二重信号送信ペンを有する更に別の実施形態では、受信位置にある第３の受信器を使用して、二次出力信号の到達時間が決定され、二重信号送信ペンと受信位置との間の距離が決定される一方、受信位置にある２つ以上の受信器を使用して、一次出力信号の到達方向が決定される。別の実施形態では、出力信号の波形整形を使用して送信ペンから受信器へ補足的な情報を送信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ホワイトボードの書き込み領域内に単一信号送信ペンが配置されそして送信ペンが外部受信器へ出力信号を周期的に送信するような到達方向送信ペン位置決めシステムの上面図である。
【図２】単一信号送信ペンと２つの外部受信位置との間の幾何学的な関係を示す図である。
【図３】表面上に配置された受信位置の部分上面図である。
【図４】単一信号送信ペンが書き込み体積内に配置された到達方向送信ペン位置決めシステムの別の実施形態を示す図である。
【図５】出力信号トランスジューサをもつ単一信号送信ペンを示す部分破断図である。
【図６】出力信号トランスジューサを有する単一信号送信ペンの尖端を示す詳細な部分破断図である。
【図７】単一出力信号トランスジューサを有する単一信号送信ペンの尖端を示す斜視図である。
【図８】単一信号送信ペンからの出力信号の送信を概略的に示す図である。
【図９】１つの実施形態において送信ペンから送られた出力信号の整形パルス波形を示すグラフである。
【図１０】ホワイトボードの書き込み領域内における次々の位置からの単一信号送信ペンの計算され表記経路を示す図である。
【図１１】単一信号送信ペンから送信された周期的出力信号パルス列を示す図である。
【図１２】第１受信位置の第１外部受信器に到達する出力信号を示す図である。
【図１３】第２受信位置の第２外部受信器に到達する出力信号を示す図である。
【図１４】２つの外部受信器に到達する出力信号の位相差であって、出力信号の到達方向を決定するために信号プロセッサにより使用される位相差を示す図である。
【図１５】第１受信位置の第１外部受信器に到達する出力信号を示す図である。
【図１６】第１受信位置の第２外部受信器に到達する出力信号を示す図である。
【図１７】第２の出力信号が外部受信器に到達するときにその受信波形を変更し得る送信ペンの向きの変化を示す斜視図である。
【図１８】外部受信器における第２出力センサの一実施形態の方向性受信特性を示す上面図である。
【図１９】可動受信器、自動校正送信器、及び受信器と信号プロセッサとの間のワイヤレス通信を有する送信ペン位置決めシステムの別の実施形態を示す図である。
【図２０】到達時間送信ペン位置決めシステムの上面図で、単一信号送信ペンと３つの外部受信器との間の幾何学的な関係を示し、単一信号送信ペンの計算された位置が３つの弧長の交点として示された図である。
【図２１】到達時間送信ペン位置決めシステムにおいて第１の受信位置で受信された超音波パルス列信号を示す図である。
【図２２】到達時間送信ペン位置決めシステムにおいて第２の受信位置で受信された超音波パルス列信号を示す図である。
【図２３】到達時間送信ペン位置決めシステムにおいて第３の受信位置で受信された超音波パルス列信号を示す図である。
【図２４】ホワイトボードの送信器が、受信回路を有する送信ペンに返送信号を送信し、次々の出力信号間の周期を制御できる到達方向送信ペン位置決めシステムの大きな書き込み領域を示す図である。
【図２５】受信回路を有する単一信号送信ペンの大きな書き込み領域を示す図である。
【図２６】二重信号送信ペンが表面の書き込み領域内に配置された複合到達方向・到達時間二重信号送信ペン位置決めシステムの上面図である。
【図２７】表面上に配置された複合到達方向・到達時間二重信号受信ポッドの部分上面図である。
【図２８】第１出力信号トランスジューサ及び第２出力信号トランスジューサを有する二重信号送信ペンの部分破断図である。
【図２９】二重信号送信ペンの尖端の詳細な破断図である。
【図３０】二重信号送信ペンの尖端の部分斜視図である。
【図３１】二重信号送信ペンからの第１出力信号及び第２出力信号の送信を示す概略図である。
【図３２】二重信号送信ペンから送信される繰り返しの二重出力信号を示す図である。
【図３３】ペンアップ位置を示すエンコードされた情報と、補足的情報とを含む二次出力信号を示す図である。
【図３４】ペンダウン位置を示すエンコードされた情報と、補足的情報とを含む二次出力信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、表面１２の書き込み領域１４内に配置された単一信号送信ペン３０ａの上面図であり、単一信号送信ペン３０ａは、２つの受信位置１８ａ及び１８ｂの各々に設けられた少なくとも２つの外部受信器２０ａ、２０ｂに時間従属出力信号１６を繰り返し送信する。表面１２は、一般に、ホワイトボード、ブラックボード、製図台、オーバーヘッドプロジェクター、プロジェクタースクリーン、又は何らかの種類のプレゼンテーション面である。第１の受信位置１８ａと出力信号１６の送信方向との間に第１の傾斜角θ1１５ａが画成される。又、第２の受信位置１８ｂと出力信号１６の送信方向との間に第２の傾斜角θ2１５ｂが画成される。
【００１２】
単一信号送信ペン３０ａは、出力信号１６を有するトランスジューサ要素２８（図５−８）を有し、これは、送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内の表面１２の書き込み領域１４に対する単一信号送信ペン３０ａのポインティング尖端３６（図５−７）の位置を決定するのに使用される。この出力トランスジューサ２８は、単一信号送信ペン３０から受信位置１８ａ及び１８ｂにある外部受信器２０ａ、２０ｂへ時間従属出力信号１６を送信する。
通常は周期的なやり方で単一信号送信ペン３０ａから繰り返し送信される出力信号１６は、出力信号１６の速度と、送信ペン３０ａから各受信器２０ａ、２０ｂまでの距離とに依存する時間に、２つ以上の受信位置１８に到達する。１つの実施形態では、例えば、出力信号１６の周波数が超音波周波数スペクトル内に存在する。
【００１３】
出力信号１６が受信器２０ａ、２０ｂの各々に到達すると、信号１６は、信号プロセッサ５７（図８）、例えば、受信位置１８ａ、１８ｂにあるＡ／Ｄコンバータによりサンプリングされる。サンプリングされた信号１６は、次いで、信号プロセッサ５７（図８）へ転送される。次いで、送信ペン３０のポインティング尖端３６（図５−７）の位置が信号プロセッサ５７によって決定され、これは、各受信位置１８ａ、１８ｂにある外部受信器２０ａ、２０ｂ間の出力信号１６の相対的な位相差を測定し、各受信器２０ａ、２０ｂにおける到達出力信号１６の位相差を用いて、各受信位置１８ａ、１８ｂへの出力信号１６の到達方向１５ａ、１５ｂを決定し、そして各受信位置１８ａ、１８ｂへの同時に計算された方向１５ａ、１５ｂに基づいて単一信号送信ペン３０ａの位置を決定することにより行なわれる。
【００１４】
図２は、単一信号送信ペン３０ａと２つの外部受信器１８との間の幾何学的な関係２１を示し、単一信号送信ペン３０ａの計算された（Ｘ1、Ｙ1）位置２２がＸ軸２４及びＹ軸２６に対して表されている。第１受信位置１８ａと計算された（Ｘ1、Ｙ1）位置２２との間の距離ｄaは、方向ベクトル２３ａに沿って定められる。第２の外部受信位置１８ｂと計算された（Ｘ1、Ｙ1）位置２２との間の距離ｄbは、方向ベクトル２３ｂに沿って定められる。単一信号送信ペン３０ａの（Ｘ1、Ｙ1）位置２２が示されており、そして書き込み領域１４内の第１方向ベクトル２３ａと第２方向ベクトル２３ｂとの交点２２として計算される。
図３は、表面１２に位置する受信位置１８ａ、１８ｂにおける外部受信器２０ａ、２０ｂの部分上面図である。第１受信位置１８ａは、第１外部受信器２０ａ及び第２外部受信器２０ｂを含み、そして信号プロセッサ５７（図１０）に向かう信号接続５５ａを含む。第２受信位置１８ｂも、第１外部受信器２０ａ及び第２外部受信器２０ｂを含み、そして信号プロセッサ５７への信号接続５５ｂを含む。
【００１５】
到達方向送信ペン位置決めプロセス：出力信号１６を使用して、ホワイトボード１２の書き込み領域１４に対する単一信号送信ペン３０ａを位置決めするための到達方向送信ペン位置決めプロセス（図１−４、１０）は、次の段階を含む。
ｉ）単一信号送信ペン３０ａから、複数の受信位置１８にある複数の外部受信器２０ａ、２０ｂへ出力信号１６を送信する。
ii）外部受信器２０ａ、２０ｂにおける受信出力信号１６の位相差に基づいて複数の受信位置１８の各々から単一信号送信ペン３０ａへの角度１５ａ、１５ｂを決定する。
iii)複数の受信位置１８の各々から単一信号送信ペン３０ａへの決定された角度１５ａ、１５ｂに基づいて単一信号送信ペン３０ａの位置を決定する。
【００１６】
図４は、到達方向送信ペン位置決めシステムの別の実施形態１０ｂの斜視図であり、単一信号送信ペン３０ａは、３つの受信位置１８ａ、１８ｂ及び１８ｃの各々における外部受信器２０ａ及び２０ｂへ出力信号１６を周期的に送信する。単一信号送信ペン３０ａと受信位置１８ａ、１８ｂ及び１８ｃとの間の幾何学的な関係が繰り返し決定され、単一信号送信ペン３０ａの次々に計算された（Ｘ、Ｙ、Ｚ）位置３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、Ｘ軸２４、Ｙ軸２６及びＺ軸２９に対する経路８２を表す。
【００１７】
単一信号送信ペン：図５は、到達方向位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃ（図１、２、４、１０）或いは到達時間位置決めシステム１０ｄ（図２０）のいずれかに使用される出力信号トランスジューサ２８を有する単一信号送信ペン３０ａの部分破断図である。送信ペン３０ａは、ペンとして説明するが、ある種の可動送信デバイスである。リード４６ａ及び４６ｂを経て出力信号トランスジューサ２８に接続された送信回路４０は、出力信号トランスジューサ２８を励起して、出力信号１６を発生する。１つの実施形態では、出力信号１６のパルス列８９（図１１）は、１００パルス／秒の周期的な周波数を有する。送信回路４０は、巾の短いパルス状の出力信号１６を発生するように出力信号１６を効果的に整形及びスケルチ処理する位相ずれ駆動機構を備えているのが好ましい。
図６は、出力信号トランスジューサ２８を有する単一信号送信ペン３０ａのポインティング尖端３６を詳細に示す破断図である。図７は、単一圧電出力信号トランスジューサ２８を有する単一信号送信ペン３０ａのポインティング尖端３６を示す部分斜視図である。オプションのフィンガガード３８は、出力信号トランスジューサ２８を保護する。
【００１８】
出力信号送信：図８は、通常、超音波出力信号１６である単一信号送信ペン３０ａからの出力信号１６の送信を示す概略図５０である。この出力信号１６は、単一信号送信ペン３０ａのポインティング尖端３６付近に配置された１つ以上のトランスジューサ２８から送信される。１つの実施形態では、トランスジューサ２８は、外部導電層５４ａ及び内部導電層５４ｂによって取り巻かれた円筒状の積層型圧電層５６であり、これは、リード４６ａ及び４６ｂ並びにリード接続部５２ａ及び５２ｂにより送信回路４０に接続される。別の実施形態では、使用する超音波トランスジューサ２８は、日本の鳥取市のニッポンセラミック株式会社により製造された部品番号ＡＴ／Ｒ  ４０−１０Ｐである。単一信号送信ペン３０ａは、出力信号１６を繰り返し送信し、通常、周期９５（図１１）で周期的に送信する。
【００１９】
図９は、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂ（図２５）又は二重信号送信ペン３０ｃ（図２６、２８−３０）のいずれかから送信される以前の整形されたパルス波形１６ａと、現在の、即ちその後の整形されたパルス波形１６ｂとを示す。超音波の第２出力信号１６は、単一超音波パルス７２を含むいかなる波形形状をもつこともできるが、波形は、巾が短く、独特の波形特性を有する形状とされ、波形を正確に測定及び比較して、送信ペン３０に対する正確に計算された位置を与えることができるのが好ましい。図９に示す好ましい実施形態では、その後の第２出力信号１６ａ、１６ｂの各々は、２つの大きなパルス７２ａ及び７２ｂを含み、それらの間に特定のタイミングをもつ。
【００２０】
その後の第２出力信号１６ａ及び１６ｂの受信振幅間には差があるが、各信号１６は、大きな特徴、例えば、波形特徴７２ａ、７２ｂ、波長依存性特徴、例えば、ピーク７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄ、相対的ピーク７６の位置、及びピーク振幅を保持する。その後の記憶されるデジタル出力信号１６ａと、現在の出力信号１６ｂとの間でこれら特徴を比較することにより、送信ペン３０の計算された表記経路８２を正確に決定することができる。又、独特の波形特性７２ａ、７２ｂの使用により、以下に述べるように、送信ペン３０から外部受信器２０へ他の情報も送信することができる。
現在出力信号１６ｂと、１つ以上の記憶された出力信号１６ａとの比較は、各受信位置１８における全ての外部受信器２０に対して繰り返され、出力信号１６ｂの伝播時間の多数の推定値、及び記憶された以前の信号１６ａとの異なる配列を与えるのが好ましい。
【００２１】
図１０は、到達方向送信ペン位置決めシステム１０ｃの１つの実施形態を示す上面図８０であり、表面１２の書き込み領域１４内の次々の位置からの単一信号送信ペン３０ａの計算された表記経路８２を示している。単一信号送信ペン３０ａは、ユーザにより、表面１２の書き込み領域１４を横切って移動されるので、出力信号１６の繰り返し送信が外部受信器１８において受信される。これら受信器１８は、信号プロセッサ５７に接続され（５５）、該プロセッサは、定められたＸ軸２４及びＹ軸２６に対する次々のＸ−Ｙ位置８４ａ、８４ｂ、・・８４ｎを計算する。次々のＸ−Ｙ位置８４ａ、８４ｂ、・・８４ｎは、単一信号送信ペン３０ａの経路８２を定義する。次々のＸ−Ｙ位置８４ａ、８４ｂ、・・８４ｎ及び定められた経路８２は、次いで、信号プロセッサ５７により記憶又は転送することができる。
【００２２】
好ましい実施形態では、表面１２の書き込み領域１４内に機能領域８５が定義される。この機能領域８５内における単一信号送信ペン３０ａのアクチベーションを選択的に使用して、信号プロセッサ５７又はこの信号プロセッサ５７に接続されたコンピュータ８７に機能コマンドが送信される。機能コマンドは、表示像経路８２をプリントし、像経路８２をセーブし、新たなページを形成し、或いは接続されたコンピュータ８７の機能を制御するのに使用できる。これは、例えば接続されたコンピュータ８７のグラフィックユーザインターフェイス（ＧＵＩ）９３におけるプルダウンメニューをアクチベートすることにより行なわれる。
【００２３】
別の好ましい実施形態では、コンピュータ８７内のプログラム可能な制御アプリケーション９１が、信号プロセッサ５７と通信し、波形比較アルゴリズムのようなシステムオプションを制御すると共に、記憶（９９）されて現在出力信号１６ｂと比較されるべき以前の出力信号１６ａの所望数を制御する。以前の出力信号１６ａは、デジタル形態で捕らえられて記憶されるので、以前の出力信号１６ａと現在の出力信号１６ｂとの間の比較は、プログラム可能な制御アプリケーションソフトウェア９１を経て効率的に監視又は変更することができる。
図１１は、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂから送信されるときの出力信号１６を示す。出力信号パルス列８９ａは、出力信号１６の繰り返し送信より成る。出力信号１６の繰り返し送信は、通常、周期Ｐ1９５を特徴とする。
【００２４】
到達方向送信ペン位置決めアルゴリズム：図１１−１３に示す実施形態において、超音波出力信号１６は、その出力信号１６の速度と、送信ペン３０と受信器２０ａ、２０ｂとの間の距離とに依存する時間に、受信位置１８における外部受信器２０ａ、２０ｂの各々に到達する。図１２は、第１受信位置１８ａの第１外部受信器２０ａに到達するときの出力信号１６を示す。図１３は、第２の更に別の受信位置１８ｂの第１外部受信器２０ａに到着するときの同じ出力信号１６を示す。受信位置１８ａ、１８ｂの各々において、出力信号１６の到達時間は、可動の単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂと、各外部受信器２０ａ、２０ｂとの間の距離に依存する。隣接する受信器２０ａ、２０ｂ間の到達出力信号１６の経路長さの差は、到達出力信号１６の位相さとみなされ、信号プロセッサ５７によって分析されて、各受信位置１８に対する出力信号１６の到達方向１５ａ、１５ｂが決定される。
それ故、単一信号送信ペン３０ａの位置の精度は、受信位置１８における外部受信器２０に接続された信号プロセッサ５７が超音波信号波形１６の到達方向１５ａ、１５ｂを一貫して決定できるところの精度に依存する。
【００２５】
到達方向位置決めシステムの信号処理：図１４は、受信位置１８の外部受信器２０ａ、２０ｂにおける受信出力信号１６を示すグラフである。外部受信器２０ａ及び２０ｂは、互いに若干ずれているので、出力信号１６は、通常、外部受信器２０ａ及び２０ｂに到達するための若干異なる経路長さを定める。受信位置１８ａの外部受信器２０ａ、２０ｂにおける受信出力信号１６間の計算された位相差９０は、第１の傾斜角θ1１５ａを与える。同様に、受信位置１８ｂの外部受信器２０ａ、２０ｂにおける受信出力信号１６間の計算された位相差９０は、信号プロセッサ５７により分析され、第２の傾斜角θ2１５ｂを与える。第１の傾斜角θ1１５ａ及び第２の傾斜角θ2１５ｂが与えられると、送信ペンのＸ、Ｙ位置が二次元の書き込み領域１４内で決定される。距離ｄ1だけ分離された外部受信位置１８ａ、１８ｂについては、送信ペン３０のＸ、Ｙ位置が次の式で与えられる。
【数１】
2010019857.tif 000003
【００２６】
各受信位置１８における外部受信器２０ａ、２０ｂを互いに離間して、傾斜角θ1、θ2の非常に正確な計算値を得るのが好ましい。しかしながら、各受信位置１８における外部受信器２０ａ、２０ｂの離間距離が出力信号１６の送信周波数の１波長より大きい場合には、ｎ＊Ｔに等しい位相シフトが不明瞭になる。但し、Ｔは、（１／λ）である送信出力信号１６の周期に等しく、そしてｎは、各受信位置１８における外部受信器２０ａ、２０ｂ間の分離の波長数である。
分離された外部受信器２０ａ及び２０ｂにおける受信出力信号１６間に存在する全サイクルシフトの数の決定は、信号プロセッサ５７（図１０）によって行なわれる。各受信位置の隣接する外部受信器２０ａ、２０ｂにおける出力信号１６の受信振幅間には差があるが、各信号１６は、大きな特徴、例えば、波形特性７２ａ、７２ｂ、波長依存特徴、例えば、ピーク７６ａ、７６ｂ、７６ｃ及び７６ｄ、相対的ピーク７６の位置、及びピーク振幅を保持する。隣接する受信器２０ａ、２０ｂのデジタル出力信号１６間でこれらの特徴を比較することにより、第２出力信号１６の到達方向１５ａ、１５ｂを正確に決定することができる。
【００２７】
上記解決策は、±１サンプルの精度で位相差を測定できるが、分解能を±１サンプル以上に更に改善することができる。図１５及び図１６は、第１外部受信器２０ａへの出力信号１６の到達が、第２外部受信器２０ｂへの出力信号１６の到達より、多数の波長分だけ遅れるような典型的なシステム構成を示している。
図１５及び図１６に示すように、受信器２０ａ及び２０ｂの出力信号１６ｘ1(ｔ)及びｘ2(ｔ)は、振幅変調を伴う正弦波として近似されると仮定する。上述した解決策は、ｘ1(ｔ)とｘ2(ｔ)との間の近似位相差としてデルタ（Δ）を与える。ｘ2'(ｔ)＝ｘ2(ｔ＋Δ)とすれば、信号プロセッサ５７は、付加的な位相差修正値θを次のように計算することができる。
【数２】
2010019857.tif 000004
【００２８】
図１７は、外部受信位置１８ａ、１８ｂに対する送信ペンの向きの変化を示す斜視図であり、このような変化は、出力信号１６が受信位置１８ａ、１８ｂに到達するときにその受信波形を著しく変更し得る。上述したように、到来する波形１６の振幅は、各受信位置１８ａ、１８ｂまでの距離により著しく変化し得る。出力信号１６の振幅に影響する他のファクタは、送信ペン３０と外部受信器２０との間の角度方向９８ａ、９８ａｂ、書き込み領域１４の表面に対する傾斜した可動送信ペン３０の角度９６、送信ペン３０の軸方向回転９７、及び送信ペン３０内の出力回路４０への使用可能なソース電力を含む。図１８は、受信位置１８ａ、１８ｂにおける外部受信器２０ａ、２０ｂの方向性受信特性９９ａ、９９ｂを示す上面図である。受信位置１８ａ、１８ｂ内の外部受信器２０ａ、２０ｂは、通常、第２の出力信号１６の信号検出を改善するために、長方形書き込み領域１４に対して約４５度の角度に配置される。
【００２９】
到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、出力信号１６が著しく減衰したときでも送信ペン３０の位置を正確に決定することができる。到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、各受信位置１８の至近離間された外部受信器２０ａ、２０ｂに到達する同時出力信号１６ａを含む。出力信号１６は、上述したように、共通に減衰されるが、減衰特性は、至近離間された外部受信器２０ａ、２０ｂに出力信号が受信されるときに出力信号間で同様である。それ故、受信出力信号１６を比較して到達方向を計算すると、正確な結果が得られる。
又、好ましい実施形態において、到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、好都合にも、各外部受信器２０ａ、２０ｂに対して１つ以上の以前の信号１６ａを記憶し、各外部受信器２０ａ、２０ｂに対して現在の第２出力信号１６ｂと１つ以上の以前の第２出力信号１６ａとの間で多数の特徴を比較できるようにする。
【００３０】
現在の出力信号１６ｂ及び１つ以上の記憶された以前の出力信号１６ａは、通常、互いに正規化され、そして現在の出力信号１６ｂと、１つ以上の記憶された以前の出力信号１６ａとの間の詳細な特徴を比較に使用できるので、到来信号１６の減衰は、到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃが送信ペン３０のＸ、Ｙ位置を正確に決定するのを妨げない。
これに対して、限定された数のポイントについての限定された数の測定振幅、例えば、バースト又はピークの測定振幅或いは限定された数のピークの平均値を比較することに依存する公知のアナログシステムは、一般に、特に連続する出力パルスが異なる減衰を受けたときに可動ポインタに対して有効なデータポインタを見出すことができない。その結果、位置にエラーが生じる（例えば、通常は、所望の信号ピークを見失うことにより）か、又は可動ポインタの記述経路に位置ポイントを使用しないことを必要とし、記述経路が不正確となるか又はエラーとなる。
【００３１】
デジタル到達方向アレー送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの好ましい実施形態では、受信信号１６をメモリ１５に記憶することにより、現在出力信号１６ｂと記憶された波形１６ａとの間の信号処理比較を、例えば、クロス相関方法により実行することができる。それ故、現在出力信号１６ｂと以前の出力信号１６ａとの特徴間の正確な比較を行うことができる。第２の出力信号１６ｂが信号プロセッサ５７に到達したときに、それらは、以前の記憶された信号１６ａに対して正規化されるのが好ましい。受信された第２出力信号１６ｂ及び１つ以上の記憶された第２出力信号１６ａが互いに正規化されるときには、正規化された出力信号１６ａ、１６ｂ間で有効な比較を行うことができる。受信された出力信号１６ｂ及び１つ以上の記憶された第２出力信号１６ａが大幅に変化する信号強度を有するときにも、限定された数のデータポイントの振幅を比較するのではなく、正規化された信号間で特徴をクロス相関することができる。
【００３２】
更に、到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃの好ましい実施形態では、現在の第２出力信号１６ｂと、１つ以上の記憶された以前の第２出力信号１６ａとの間での特徴の比較へ切り換えることができる。プログラム可能な制御アプリケーション９１（図１０）は、通常、制御可能で且つ更新可能であり、信号プロセッサ５７を更新できると共に、異なる送信ペン３０、異なる表面１２及び異なる外部受信器２０に容易に適応させることができる。
補足情報の通信：回路４０の出力信号特性及び特性送信出力信号１６は、二次情報を受信位置１８へ任意に通信することができる。このような補足情報は、ペンのアクチベーション状態、又はペンの形式、例えば、異なる色のペン又は異なる巾のペン、或いは計算された線形式、例えば、破線を含む。２人以上のユーザが順次に又は同時にホワイトボード１２に書き込むシステムでは、送信ペン３０は、各送信ペン３０の指定のユーザと任意に通信することができる。
【００３３】
ペンアクチベーション：図９は、「ペンダウン」位置における送信ペン３０の典型的な出力信号１６ｂを示す。出力信号１６ｂは、異なる信号状態を指定し、例えば、ペンが第１の「ペンアップ」位置においてインアクチベートされるか、又はアクチベートされた第２の「ペンダウン」位置にあるかを通信するように、送信回路４０によって変更することができる。図９において、現在の出力信号１６ｂは、「ペンダウン」位置を指示するための２つの波形パルス７２ａ、７２ｂを含む。この同じ実施形態において、現在の出力信号１６ｂは、通常、「ペンアップ」位置を指示するための単一超音波パルス７２ａを含む。
「ペンアップ」信号が外部受信器２０によって受信されると、信号プロセッサ５７は、送信ペン３０が現在その「ペンアップ」位置にあると決定する。「ペンアップ」位置とは、通常、送信ペン３０のポインティング尖端３６が表面１２の書き込み領域１４に接触しないか又は書き込み領域１４内に配置された別の書き込み面、例えば、紙片に接触しないことを意味する。
【００３４】
「ペンダウン」信号が外部受信器２０によって受信されると、信号プロセッサ５７は、ペン３０が現在その「ペンダウン」位置にあると決定し、そしてペン３０の到達方向１５ａ、１５ｂも決定される。「ペンダウン」位置６８ｂは、一般に、ペン尖端３６が表面１２の書き込み領域１４に接触するか、或いは書き込み領域１４内に配置された別の書き込み面、例えば、紙片に接触することを意味する。
送信ペン３０が経路８２に沿ってペンダウン位置へ移動されるときには、一連の出力信号１６が外部受信器２０に受信され、そこから、次々の到達方向が計算され、そしてその後、Ｘ−Ｙ座標が決定され、送信ペン３０の経路８２の表示が形成される。ある実施形態では、送信ペンが書き込み領域１４に接触していないときにも、送信ペン３０の位置が計算される。
【００３５】
計算されたペン属性：送信ペン３０の送信回路４０は、ペンの属性を通信し、そして異なるペン属性を表す送信信号１６を発生するためのスイッチング又は連続調整制御を含むことができるのが好ましい。例えば、黒いインクのような１色インクを有する単一書き込み尖端３６を含む送信ペン３０は、異なる色、巾又は線形式の描かれた経路８２に対応する出力信号１６を発生するようにユーザにより選択的に調整することができる。ユーザが、黒い経路８２（図１０）を表示するホワイトボード１２のような書き込み表面１４に、図形や文字を描いたり書き込んだりする間に、その経路８２に対する送信及び処理される信号は、ユーザにより選択されたペン特性に依存する。
【００３６】
図９は、２つの波形パルス７２を用いてペンダウン位置を示す出力信号１６を示しているが、波形パルス７２の追加及び間隔を使用して、エンコードされた補足情報、例えば、指定の色、巾、線形式又は作者を通信するのが好ましい。
図９に示す出力信号１６では、多数の波形パルス７２間の時間が、特定のペン色に特有の時間に及ぶ。例えば、波形パルス７２間の第１時間遅延は、黒のペン色を特定することができ、一方、波形パルス７２間の第２時間遅延は、青のペン色を特定することができる。
【００３７】
到達方向送信ペン位置決めシステムの効果：到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、公知の位置決め方法に勝る顕著な効果を与える。到達出力信号１６間の位相差を計算するための改良されたプロセスを使用することにより、到達方向１５ａ、１５ｂを正確に決定できると共に、送信ペン３０に単一送信器２８をもたせることができる。
自己構成：受信位置１８間の距離ｄ1１７（図１）は、互いに一定距離に取り付けられた受信位置１８については、一度設定すればよく、或いは、異なる位置に再取り付けできる受信位置１８については周期的に設定することができる。固定された受信位置１８間の距離ｄ1は、例えば、固定された受信位置１８間の距離が表面１２の設計により制御される製造された送信ペン３０及びボードシステム１０については、信号プロセッサ５７に記憶することができる。
【００３８】
図１９は、受信位置１８ａ、１８ｂが移動可能であり、一方の受信位置１８ｂに校正送信器９２が追加され、システムに対する自動自己校正を与える送信ペン位置決めシステムの別の実施形態１０ｄを示す。自動校正送信信号９４は、受信位置１８ｂから送信され、そして別の受信位置１８ａで受信される。信号プロセッサ５７は、到来する自動校正送信信号９４を分析し、受信位置１８ａ、１８ｂ間の距離ｄ1を決定する。受信器１８ａ、１８ｂと信号プロセッサ５７との間にはワイヤレス接続が与えられ、情報データ信号１６０ａ、１６０ｂが受信位置１８ａ、１８ｂから信号プロセッサ５７へ送信される。
到達方向送信器位置決めシステムの別の実施形態：到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、より大きな書き込み領域１４にも適用できる。基本的な実施形態では、その後の出力信号パルス１６間の周期が、書き込み領域１４にわたる最大距離によって決定される。
【００３９】
図２４及び２５に示す別の大きなホワイトボードの実施形態１０ｆにおいて、単一信号送信ペン３０ｂは、ペン受信器１４４を含み、そして表面１２は、ホワイトボード送信器１０２を含み、この送信器は、この実施形態では、１つの受信位置１８ｂに隣接して示されている。送信ペン３０ｂが書き込み領域１４の周囲に到達すると、信号プロセッサ５７は、単一信号送信ペン３０ｂが１つ以上の受信位置１８から遠く離れていると決定する。この増加した距離は、その後の出力信号１６間に長い周期を必要とする。この場合に、信号プロセッサ５７は、ホワイトボード送信器１０２を経て送信ペン受信器１４４へ戻り信号１０４を送信する。次いで、単一信号送信ペン３０ｂ内の信号回路４０が、この戻り信号１０４に応答して、出力信号１６の送信周波数を制御可能に下げる。
【００４０】
単一信号パルス列８９ａの送信周波数を下げると、各出力信号１６は、その後の出力信号１６が送信される前に、最も遠い外部受信位置１８に到達することができ、従って、出力信号１６の受信と受信との間に情報が重畳することはない。出力信号１６間の延長された周期は、移動可能な単一信号送信ペン３０ｂの位置の更新頻度を下げることができるが、大領域システム１０ｅは、単一信号送信ペン３０ｂを大きな書き込み領域１４上で正確に位置決めすることができる。
到達時間送信ペン位置決めシステム：図２０は、到達時間送信ペン位置決めシステム１０ｅの上面図であり、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂと、単一の外部受信器２０を各々有する３つ以上の外部受信位置１８ａ、１８ｂ、１８ｃとの間の幾何学的な関係を示している。到達時間送信ペン位置決めシステム１０ｅでは、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂの位置が、３つの弧長１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの交点として計算される。３つ以上の受信位置１８ａ、１８ｂ、・・１８ｎを使用することにより、信号経路１６の１つが、他の信号経路１６に対する相対的なスタート点として働く。
【００４１】
出力信号１６は、図９において明らかなように、外部受信位置１８ａ、１８ｂ、１８ｃの各々に到達するときに異なる減衰を受けるので、信号プロセッサ５７は、各受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃに到達する現在信号１６ｂと、各受信器１８ａ、１８ｂ、１８ｃに対して記憶された１つ以上の以前の出力信号１６ａとの間で繰り返し基準点７７（図９）を比較するのが好ましい。出力超音波信号波形１６上の繰り返し基準ポイント７７は、受信位置１８に到達する現在の出力超音波信号波形１６ｂを、同じ受信位置１８ｂに到達する記憶された以前の出力超音波信号波形１６ａと比較するのに充分である。但し、これは、繰り返し基準ポイント７７が現在出力超音波信号波形１６ｂ及び記憶された以前の出力超音波信号波形１６ａ上で一貫して識別される場合である。
【００４２】
図９において、交差する時間スレッシュホールド７３は、繰り返される超音波出力信号１６のスタートポイントを指示する。到達時間送信ペン位置決めシステム１０ｅでは、直線的に減衰する超音波スレッシュホールド７３を使用するのが好ましい。というのは、超音波信号１６の振幅は、距離と共に１／ｒのように下降するからである。図２０に示すように、受信位置１８の数をＮとすれば（但し、Ｎ≧３）、時間ｔ１、ｔ２、・・ｔＮにおいて、超音波信号１６は、３つ以上の外部受信位置１８で受信される。
信号プロセッサ５７は、超音波出力信号１６ａ、１６ｂ上の繰り返し基準ポイント７７を見出し、これは、１つの実施形態では、スレッシュホールド交点７３と第２ピーク７６ｂとの間にある。図９において、０．５ボルトのスレッシュホールド値７５を使用して、その後の出力信号１６ａ、１６ｂに沿ったポイントが決定される。図９において明らかなように、第１出力信号１６ａに沿ってスレッシュホールド値に交差する第１ポイントは、第１ピーク７６ａに沿って位置している。これに対して、第２出力信号１６ｂに沿ってスレッシュホールド値７５に交差する第１ポイントは、第２ピーク７６ｂに沿って位置している。その後の出力信号１６ａ、１６ｂは、通常、異なる振幅を有するので、基準ポイント７７を決定するためにスレッシュホールド７５を任意に測定すると、その後の信号１６間に波長程度の差を生じさせる。
【００４３】
現在の超音波出力信号１６ｂ上で、スレッシュホールド交点７３と第２ピーク７６ｂとの間に存在する正確な繰り返し基準ポイント７７を与えるために、信号プロセッサ５７は、以前の出力信号１６ａを記憶し、そして現在の第２出力信号１６ｂと、記憶された以前の第２出力信号１６ａとの間で繰り返し性特徴を比較するのが好ましい。区別し得る繰り返し性特徴は、通常、大きなピーク７２ａ、７２ｂ及び小さなピーク７６ａ、７６ｂの形状と、ピーク間の間隔と、大きなピーク７２ａ、７２ｂ及び小さなピーク７６ａ、７６ｂの相対的振幅とを含む。
以前の出力信号１６ａは記憶されるのが好ましいので、いずれか又は全ての特徴を分析及び比較して、正確な繰り返し基準ポイント７７を決定することができる。特徴の組間の組合せた関係を比較することもできる。好ましい実施形態では、現在出力信号１６ｂ及び１つ以上の記憶された以前の出力信号１６ａは、個々のピーク７２、７６が現在出力信号１６ｂと記憶された以前の出力信号１６ａとの間で互いに適合されるようにエネルギー的に正規化される。正規化された出力信号は、次いで、信号１６ａ、１６ｂ上の別々のポイントの振幅には依存せず、特徴間の関係に依存するような特徴に対して比較される。
【００４４】
図９に示す例では、信号プロセッサ５７は、現在出力信号１６ｂ上のピーク７６ｂについての実際のスレッシュホールド交点を１波長の周期で調整し、記憶された信号１６ａの特徴に合致する調整されたスレッシュホールド交点７７を確立する。このように、信号プロセッサ５７は、同じ外部受信位置１８からの既に受信され記憶されたパルス１６ａを使用して、現在超音波信号１６ｂ上の繰り返し基準ポイント７７を決定するのが好ましい。
この好ましい比較は、各受信位置１８ａ、１８ｂ、１８ｃごとに現在出力信号１６ｂ及び以前の出力信号１６ａに対して実行される。到達する第２出力信号１６は、通常、異なる受信位置１８へ送信されるときに異なる減衰を受けるので、出力信号１６ａは、各外部受信器２０に到達するその後の出力信号１６に対して正確な比較を与えるために、受信位置１８の各外部受信器２０ごとに記憶される（９９）のが好ましい。
【００４５】
各受信位置１８に対する現在超音波信号１６ｂは、信号基準ポイント７３及び繰り返しポイント７７の検出されたスタートと共に、その後の出力信号１６の分析のためにメモリ９９に記憶される。各受信位置１８ごとに、基準ポイント７３、７７を伴う１つ以上の以前の信号１６ａを使用して、現在出力信号１６ｂの繰り返し特徴７７を決定することができる。しかしながら、各受信位置１８からの限定された数の以前の超音波信号１６ａが通常メモリ９９内に記憶されて、そのメモリスペースを占有する。
これは、Ｎ個全部の受信位置１８に対して繰り返され、第２の出力超音波信号１６ｂの伝播時間につてＮ≧３個の推定値を与える。Ｎ≧３個の出力信号１６ｂは、それに関連する基準ポイント７３、７７と共に、その後の出力信号１６ｂの分析のために、以前の出力信号１６ａとしてメモリ９９内に記憶される。
【００４６】
現在受信された出力信号１６ｂと、以前に受信され記憶された出力信号１６ａとの比較は、一貫した時間値を生じ、これは、滑らかな経路８２（図１０）を画成する一貫したペン位置値８４ａ、８４ｂ、・・８４ｎを生じる。
到達時間送信ペン位置決めアルゴリズム：到達時間送信ペン位置決めシステム１０ｅでは、各信号周期が、超音波波形１６の送信によってスタートされそして定義される。図２１は、到達時間フェーズアレー超音波システム１０ｄにおいて時間ｔ1に第１受信位置１８ａに受信されるときの超音波パルス列信号１６を示している。同様に、図２２は、時間ｔ2に第２受信位置１８ｂに受信されるときの超音波パルス列信号１６を示し、そして図２３は、時間ｔ3に第３受信位置１８ｃに受信されるときの超音波パルス列信号１６を示す。超音波信号１６が３つの受信位置１８ａ、１８ｂ、１８ｃに到達するための相対的な時間は、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂのＸ−Ｙ位置を与える。時間ｔ1、ｔ2及びｔ3は、ａ及びｂ（図２０）に関して計算され、これらは、次いで、単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂのＸ−Ｙ位置を計算するのに使用される。時間ｔ2は、次の式により与えられる。
【数３】
2010019857.tif 000005
【００４７】
時間ｔ1及びｔ3について同様の式が得られる。時間ｔ1及びｔ2から、Ｘ及びＹの値が次のように与えられる。
【数４】
2010019857.tif 000006
システムの校正：受信位置１８間の距離Ｄ（図２０）の小さな変動は、到達時間送信ペン位置決めシステム１０ｄ用の信号プロセッサ５７により校正することができる。これは、異なる周囲環境（例えば、温度、気圧、相対湿度）における音速の変化のような多数の条件に対して有用である。３つの時間推定値（ｔ1、ｔ2及びｔ3）から、信号プロセッサ５７は受信器１８間の距離（ｄｃａｌｃ）を次のように計算する。
【数５】
2010019857.tif 000007
【００４８】
計算されたｄｃａｌｃが受信位置１８間の既知の距離Ｄから著しく異なる場合には、信号プロセッサ５７は、時間推定値ｔiの１つ以上に問題があると決定する。又、信号プロセッサ５７は、既知の距離Ｄを、受信位置１８間の計算された距離Ｄと平均化し、Ｄの値を適宜変更することができる。
複合到達方向・到達時間二重信号送信ペン位置決めシステム：図２６は、二重信号送信ペン３０ｃが表面１２の書き込み領域１４内に配置された複合到達方向・到達時間二重信号送信ペン位置決めシステム１０ｇの上面図である。図２７は、表面上に配置された複合到達方向・到達時間二重信号受信ポッドの部分上面図である。二重信号送信ペン３０ｃは、多数のトランシーバ要素２８、１２８（図２８−３０）を有し、これらは、複合到達方向・到達時間二重信号送信ペン位置決めシステム１０ｆの書き込み領域１４又は書き込み体積１４に対して二重信号送信ペン３０ｃのポインティング尖端の位置を決定するのに使用される。
【００４９】
一次出力トランスジューサ２８は、二重信号送信ペン３０ｂから受信位置１１８の外部受信器２０ａ、２０ｂへ一次出力信号１６を送信する。１つの実施形態において、一次出力信号センサ２８は、日本の鳥取市のニッポンセラミック株式会社により製造された超音波センサ、部品番号ＡＴ／Ｒ４０−１０Ｐである。この実施形態では、送信ペン３０の一次出力トランスジューサ２８は、超音波トランスジューサ２８である。
二次出力素子１２８、好ましくは、電磁又は赤外線送信器１２８は、二重信号送信ペン３０ｂから複合受信位置ポッド１１８の二次出力信号受信器１２０（図２６、２７）へ二次出力信号１２８を送信する。１つの実施形態において、二次出力信号受信器１２０は、カリフォルニア州キュパーチノのシーメンス・マイクロエレクトロニックス・インクにより製造された赤外線ホトダイオード、部品番号ＳＦＨ  ２０５ＦＡである。
【００５０】
送信ペン：図２８は、一次出力信号トランスジューサ２８及び二次出力信号トランスジューサ１２８を有する二重信号送信ペン３０ｂの部分破断図である。この二重信号送信ペン３０ｂは、ペンとして説明するが、ある種の可動送信デバイスであってもよい。リード４２ａ及び４２ｂを経て二次出力信号トランスジューサ１２８に接続された送信回路４０は、二次出力信号トランスジューサ１２８を励起して、二次出力信号１１６を発生する。又、送信回路４０は、リード４６ａ及び４６ｂを経て一次出力信号トランスジューサ２８に接続され、一次出力信号トランスジューサ２８を励起して、一次出力信号１６を発生する。１つの実施形態では、一次出力信号１６のパルス列は、１００パルス／秒の周期的周波数を有する。
【００５１】
図２９は、第１出力信号トランスジューサ２８及び第２出力信号トランスジューサ１２８を有する二重信号送信ペン３０ｃのポインティング尖端３６の詳細な破断図である。図３０は、複数の二次出力信号トランスジューサ１２８及び単一の圧電一次出力信号トランスジューサ２８を有する二重信号送信ペン３０ｃのポインティング尖端３６の部分斜視図である。任意のフィンガーガード３８は、二次出力信号トランスジューサ１２８及び一次出力信号トランスジューサ２８を保護する。
複合出力信号送信：図３１は、二重信号送信ペン３０ｃからの二重信号パルス列８９ｂの送信を示す概略図であり、二重信号パルス列は、周期Ｐ1９５をもつ繰り返しの第１出力信号１６と、周期Ｐ2１０５をもつ繰り返しの第２出力信号１１６とを含む。図３２は、二重信号送信ペン３０ｃから送信されるときの繰り返しの二重出力信号パルス列９８ｂを示す。
【００５２】
単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂについて上述した第１出力信号１６は、二重信号送信ペン３０ｃのポインティング尖端３６付近に配置された１つ以上の超音波トランスジューサ２８から送信された超音波出力信号１６である。１つの実施形態では、超音波トランスジューサ２８は、外部導電層５４ａ及び内部導電層５４ｂによって取り巻かれた円筒状の積層型圧電層５６であり、これは、リード４６ａ及び４６ｂ並びにリード接続部５２ａ及び５２ｂにより送信回路４０に接続される。別の実施形態では、使用する超音波トランスジューサ２８は、日本の鳥取市のニッポンセラミック株式会社により製造された部品番号ＡＴ／Ｒ  ４０−１０Ｐである。
【００５３】
第２出力信号１１６は、通常、二重信号送信ペン３０ｃのポインティング尖端３６付近に配置された１つ以上の赤外線トランスジューサ１２８から送信された赤外線出力信号１１６である。１つの実施形態では、この赤外線トランスジューサ１２８は、カリフォルニア州キュパーチノのシーメンス・マイクロエレクトロニックス・インクにより製造された部品番号ＳＦＨ４２６である。１つの赤外線トランスジューサ１２８しか必要とされないが、２つ以上の赤外線トランスジューサ１２８を使用するのが好ましい。というのは、二重信号送信ペン３０ｃをユーザが回転できるように二重信号受信ポッド１１８へ第２出力信号１１６を良好に視線送信できるからである。
【００５４】
二重信号送信ペン位置決めプロセス：第１出力信号１６及び第２出力信号１１６の繰り返し送信を使用して、表面１２の書き込み領域１４に対して二重信号送信ペン３０ｃを位置決めする二重信号送信ペン位置決めプロセスは、次の段階を含む。
ｉ）第１伝播時間を有する第１出力信号１６を、二重信号送信ペン３０ｃから受信位置１８の少なくとも２つの第１信号受信器２０ａ、２０ｂへ繰り返し送信する。
ii）第１出力信号１６の伝播時間とは異なる伝播時間を有する第２出力信号１１６を、二重信号送信ペン３０ｃから第２信号受信器１２０送信する。
iii)第２出力信号受信器における第２出力信号１１６の到達時間と、受信位置１８における２つの第１出力信号受信器２０ａ、２０ｂの少なくと一方への第１出力信号１６の到達時間とに基づいて、送信ペン３０から受信位置１８への距離を決定する。
iv）受信位置１８の第２信号受信器２０ａ、２０ｂ各々における第２出力信号１６の位相差に基づいて、二重信号送信ペン３０ｃと受信位置１８との間の第１出力信号１６の到達方向を決定する。
ｖ）送信ペン３０から受信位置１８までの決定された距離と、二重信号送信ペン３０ｂと受信位置１８との間の第１出力信号１６の決定された到達方向とに基づいて、送信ペン３０の位置を決定する。
【００５５】
ほとんどの実施形態では、第１出力信号１６は、二重信号受信位置１１８の第１出力信号受信器２０ａ、２０ｂ各々に到達するときに同様の減衰を受け、これは、上述したように、単一信号到達方向送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃに対して、正確に決定された方向を計算できるようにする。単一信号送信ペン位置決めシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃと同様に、二重信号送信ペン位置決めシステム１０ｇは、好ましくは、第１信号受信器２０ａ、２０ｂ各々で受信された受信第１出力信号１６ｂを記憶し（９９）（図２６）、これは、通常、以前の第１出力信号１６ａに置き換わり、これにより、次に受信される第１出力信号１６ｂに対してプロセスが繰り返される。別の好ましい実施形態では、２つ以上の以前の第１出力信号パルス１６を記憶し、そして到来する第１出力信号１６ｂを複数の以前の第１出力信号１６ａと比較することにより、精度が更に改善される。
【００５６】
二重信号システムでの補足情報：回路４０の出力信号特性、及び特性送信出力信号１６、１１６は、外部受信器２０ａ、２０ｂ、１２０へ二次情報を任意に通信することができる。このような補足情報は、ペンのアクチベーション状態、又はペンの形式、例えば、異なる色のペン又は異なる巾のペン、或いは計算された線形式、例えば、破線を含む。２人以上のユーザが順次に又は同時に表面１２の書き込み領域１４に書き込むシステムでは、送信ペン３０は、各送信ペン３０ａの指定のユーザと任意に通信することができる。
【００５７】
単一信号送信ペン３０ａ、３０ｂについて上述したように、第１出力信号１６は、補足情報を送信するように変更することができる。更に、第２出力信号１１６も、補足情報を送信するように変更することができる。図３３は、ペンアップ位置１２９ａを指示するエンコードされた情報１２６と、補足情報１２６ｃ−１２６ｅとを含む第２出力信号１１６を示している。図３４は、ペンダウン位置１２９ｂを指示するエンコードされた情報１２６と、補足情報１２６ｃ−１２６ｅとを含む第２出力信号１１６を示している。図３３は、単一パルス１２６ａを用いてペンアップ位置１２９ａを指示する二次出力信号１１６と、エンコードされた補足情報１２６ｃ−１２６ｅとを示している。図３４は、単一パルス１２６ａを用いてペンダウン位置１２９ｂを指示する二次出力信号１１６と、エンコードされた補足情報１２６ｃ−１２６ｅとを示している。図３３において、二次出力信号１１６は、「ペンアップ」位置１２９ａを指定するために時間ウインドウ１３１ａ内に単一の赤外線パルス１２６ａを含む。同じ実施形態において、第１出力信号１１６は、図３４に示すように、「ペンダウン」位置１２９ｂを指定するために２つの至近離間された赤外線パルス１２６ａ及び１２６ｂを含む。補足情報１２６ｃ−１２６ｅは、指定の色、巾、線形式のようなペン特性、又はユーザ識別（例えば作者）を定義するビット情報を与える。
【００５８】
図３３及び３４に示す実施形態では、時間軸１２４は、個別のウインドウ１３１ａ−１３１ｄに分割され、ここでは、赤外線パルス１２６ｃ−１２６ｅの有無が２進「０」又は「１」を指示し、これは、時間軸１２４に沿った他のウインドウ１３１ａ−１３１ｄ内のパルスと結合されて、ペンの色又は形式を特定することができる。このように、ウインドウ１３１内の赤外線信号パルス１２６の存在が数字内のビットとして識別される。
例えば、３ビット数字においては、２５−５０ｍｓ、５０−７５ｍｓ及び７５−１００ｍｓの３つのウインドウ１３１ｂ−１３１ｄを使用して、ペンの色が特定される。この実施形態では、０−２５ｍｓの第１ウインドウ１３１ａを使用して、信号パルス列９８ｂ内の一次超音波信号１６に対して二次出力信号１１６をスタートさせる。
【００５９】
この実施形態では、ペンの色又は形式を表すように３ビット数が選択される。２進信号は、この補足情報を特定する（例えば、１＝黒、２＝赤、３＝緑、４＝青）。図３３に示す例では、２５−５０ｍｓのウインドウ１３１ｂに対する２進数は、「０」であり、５０−７５ｍｓのウインドウ１３１ｃに対する２進数は、「１」であり、そして７５−１００ｍｓのウインドウ１３１ｄに対する２進数は、「１」である。これは、「アップ」位置１２９ａにある二重信号送信ペン３０ｃに対して緑のペン色を指定する２進数「０１１」又は「３」を生じる。同じ「緑」の送信ペン３０ｃが、図３４においてダウン位置１２９ｂで示されている。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
送信ペン位置決めシステム１０及びその使用方法をコンピュータ入力システムに関連して説明したが、この技術は、必要に応じて、他の制御又は表示装置或いはその組合せについて実施することもできる。
本発明は、特に好ましい実施形態を参照して詳細に説明したが、請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲内で種々の変更や修正がなされ得ることが当業者に明らかであろう。
【図１】
2010019857.tif 000008
【図２】
2010019857.tif 000009
【図３】
2010019857.tif 000010
【図４】
2010019857.tif 000011
【図５】
2010019857.tif 000012
【図６】
2010019857.tif 000013
【図７】
2010019857.tif 000014
【図８】
2010019857.tif 000015
【図９】
2010019857.tif 000016
【図１０】
2010019857.tif 000017
【図１１】
2010019857.tif 000018
【図１２】
2010019857.tif 000019
【図１３】
2010019857.tif 000020
【図１４】
2010019857.tif 000021
【図１５】
2010019857.tif 000022
【図１６】
2010019857.tif 000023
【図１７】
2010019857.tif 000024
【図１８】
2010019857.tif 000025
【図１９】
2010019857.tif 000026
【図２０】
2010019857.tif 000027
【図２１】
2010019857.tif 000028
【図２２】
2010019857.tif 000029
【図２３】
2010019857.tif 000030
【図２４】
2010019857.tif 000031
【図２５】
2010019857.tif 000032
【図２６】
2010019857.tif 000033
【図２７】
2010019857.tif 000034
【図２８】
2010019857.tif 000035
【図２９】
2010019857.tif 000036
【図３０】
2010019857.tif 000037
【図３１】
2010019857.tif 000038
【図３２】
2010019857.tif 000039
【図３３】
2010019857.tif 000040
【図３４】
2010019857.tif 000041
【手続補正書】
【提出日】平成21年11月2日(2009.11.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動デバイス（３０ｃ）と受信位置（１１８）との間の位置決めシステムにおいて、
第１の伝播速度を有する第１出力信号（１６）を含み、この第１出力信号（１６）は、上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）における複数の第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）へ繰り返し送信され、上記第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）の各々に到達する時間は、上記可動デバイス（３０ｃ）と上記複数の第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）の各々との間の距離に依存し、
更に、上記第１出力信号（１６）の上記第１伝播速度とは異なる第２伝播速度を有する第２出力信号（１１６）を含み、この第２出力信号は、上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）における第２信号受信器（１２０）へ繰り返し送信され、そして
上記複数の第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）で受信された上記第１出力信号（１６）を使用して、上記受信位置（２０ａ，２０ｂ）への上記第１信号（１６）の到達方向を決定すると共に、上記第２出力信号（１１６）を使用して、上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）への距離を計算するようにして、上記可動デバイス（３０ｃ）の位置を決定する手段を更に備えたことを特徴とする位置決めシステム。
【請求項２】
上記受信した第１出力信号は、記憶された以前の第１出力信号と比較される請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項３】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、記憶された以前に送信された上記第１出力信号を使用して、上記可動送信器から上記複数の第１信号受信器の各々への距離を計算する請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項４】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、プログラム可能である請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項５】
上記第１出力信号は繰り返し特徴を有し、上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、上記第１出力信号の上記繰り返し特徴と、記憶された以前に送信された上記第１出力信号とを比較する請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項６】
上記可動デバイスの位置を決定する上記手段は、上記第１出力信号及び記憶された以前に送信された上記第１出力信号を正規化する請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項７】
上記第２出力信号は、電磁出力信号又は赤外線出力信号である請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項８】
上記第２出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項９】
上記可動デバイスは、送信ペンであり、上記第１信号状態は、上記送信ペンのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記送信ペンのペンダウン位置に対応する請求項８に記載の位置決めシステム。
【請求項１０】
上記第２出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１１】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色、又は上記可動デバイスの決定された線巾、又は上記可動デバイスの決定された線形、又は上記可動デバイスのユーザ識別を含む、請求項１０に記載の位置決めシステム。
【請求項１２】
上記第１出力信号は、超音波送信信号である請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１３】
更に、上記受信位置と、上記可動デバイスの位置を決定する上記手段との間にワイヤレス接続を含む請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１４】
更に、画成された機能領域を含み、上記可動デバイスは、これら機能をコンピュータへ送信するように選択的にアクチベートされる請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１５】
上記第１出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項１に記載の位置決めシステム。
【請求項１６】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色、又は上記可動デバイスの決定された線巾、又は上記可動デバイスの決定された線形式、又は上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項１５に記載の位置決めシステム。
【請求項１７】
表面に対する可動デバイスの位置を計算するための方法において、
第１の伝播速度を有する第１の出力信号（１６）を上記可動デバイス（３０ｃ）から受信位置（１１８）における少なくとも２つの第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）へ繰り返し送信し、
上記第１出力信号（１６）の第１伝播速度とは異なる第２伝播速度を有する第２の出力信号（１１６）を上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）における第２信号受信器（１２０）へ繰り返し送信し、
上記第２信号受信器（１２０）における上記第２出力信号（１１６）の到達時間と、上記受信位置（１１８）における少なくとも１つの上記第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）への上記第１出力信号（１６）の到達時間とに基づいて、上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）までの距離を決定し、
上記受信位置（１１８）の上記第１信号受信器（２０ａ，２０ｂ）の各々における上記第１出力信号（１６）の上記到達時間に基づいて、上記可動デバイス（３０ｃ）と上記受信位置（１１８）との間における上記第１出力信号（１６）の到達方向を決定し、そして
上記可動デバイス（３０ｃ）から上記受信位置（１１８）までの上記決定された距離と、上記可動デバイス（３０ｃ）と上記受信位置（１１８）との間における上記第１出力信号（１６）の上記決定された到達方向とに基づいて、上記可動デバイス（３０ｃ）の位置を計算する、
という段階を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１８】
上記第１出力信号を以前の第１出力信号と比較する段階を更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
上記の比較段階は、上記可動デバイスから上記複数の第１信号受信器の各々への距離を計算するために、上記複数の第１信号受信器各々で受信された上記第１出力信号を、上記複数の第１信号受信器の各々で受信された複数の上記記憶された以前の第１出力信号と比較する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
上記第１出力信号と上記記憶された以前の第１出力信号とを比較する上記段階は、プログラム可能である請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
上記第１出力信号及び上記記憶された以前の第１出力信号は、繰り返し特徴を含み、そして上記比較段階は、上記第１出力信号及び上記記憶された以前の第１出力信号の上記繰り返し特徴を比較する請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
上記表面は、ホワイトボードである請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
上記第２出力信号は、電磁出力信号又は赤外線出力信号である請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
上記第２出力信号は、第１信号状態及び第２信号状態を有する請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
上記第１信号状態は、上記可動デバイスのペンアップ位置に対応し、そして上記第２信号状態は、上記可動デバイスのペンダウン位置に対応する請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
上記第２出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色、又は上記可動デバイスの決定された線巾、又は上記可動デバイスの決定された線形式、又は上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
上記第１の出力信号は、超音波送信信号である請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
上記受信位置と信号プロセッサとの間にワイヤレス接続を与える段階を更に含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
上記表面に機能領域を形成し、これにより、上記可動デバイスは、コンピュータへ情報を送信するように選択的にアクチベートされる請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
上記第１出力信号は、上記可動デバイスに関するエンコードされた情報を含む請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
上記エンコードされた情報は、上記可動デバイスの決定された色、又は上記可動デバイスの決定された線巾、又は上記可動デバイスの決定された線形式、又は上記可動デバイスのユーザ識別を含む請求項３１に記載の方法。