(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいてディスプレイから放出された光を受領する段階であって、受領された光は前記イメージ・センサー上に像を形成する、段階と；
前記イメージ・センサーによって、前記像の、焦点が合っている部分を判別する段階と；
前記像の、焦点が合っている部分の形および半径に基づいて前記スタイラス・デバイスの浮上距離および姿勢を決定する段階とを含む、
方法。
【請求項２】
前記光が、前記イメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増す光学要素を通じて前記イメージ・センサーによって受領される、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、当該方法がさらに：
前記楕円形の環の離心率を決定する段階と；
前記楕円形の環の離心率に基づいて前記スタイラス・デバイスの傾斜を決定する段階とをさらに含む、
請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、当該方法がさらに：
前記楕円形の環の配向を決定する段階と；
前記楕円形の環の配向に基づいて前記スタイラス・デバイスの方位角を決定する段階とをさらに含む、
請求項１記載の方法。
【請求項５】
コンピューティング・デバイスと；
前記コンピューティング・デバイスに結合されたディスプレイと；
光学要素およびイメージ・センサーを有するスタイラス・デバイスとを有するシステムであって、前記イメージ・センサーは：
前記ディスプレイから放出された光を前記光学要素を通じて受領する段階であって、受領された光は前記イメージ・センサー上に像を形成する、段階と；
前記像の、焦点が合っている部分を判別する段階と；
前記像の、焦点が合っている部分のサイズを決定する段階と；
決定されたサイズに基づいて前記スタイラス・デバイスと前記ディスプレイとの間の距離を決定する段階とを実行するよう適応されている、
システム。
【請求項６】
前記光学要素は前記イメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増大させる、請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記光学要素が、反射性光学要素または屈折性光学要素のうちの一つである、請求項５記載のシステム。
【請求項８】
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、前記イメージ・センサーがさらに：
前記楕円形の環の離心率を決定する段階と；
前記楕円形の環の離心率に基づいて前記スタイラス・デバイスの傾斜を決定する段階とを実行するよう適応されている、
請求項５記載のシステム。
【請求項９】
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、前記イメージ・センサーがさらに：
前記楕円形の環の配向を決定する段階と；
前記楕円形の環の配向に基づいて前記スタイラス・デバイスの方位角を決定する段階とを実行するよう適応されている、
請求項５記載のシステム。
【請求項１０】
前記スタイラス・デバイスが決定された距離を前記コンピューティング・デバイスに与えるよう適応されている、請求項５記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願はスタイラス・デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
タブレット・コンピューティング・デバイスによる入力のために普通に使われるスタイラス・デバイスは典型的には超音波、表面弾性波、電磁および静電システムを使って実装される。電磁システムでは、センサー・アレイが典型的にはタブレット・デバイスのディスプレイの背後に組み込まれている。ディスプレイに対するスタイラス・デバイスの位置はセンサー・アレイから受信される信号に基づいて決定される。静電システムは、スタイラス・デバイスから放出される信号を感知する透明電極のアレイを使うこともある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらのシステムは効果的だが、センサー・アレイがディスプレイに組み込まれる必要があり、よってのちの時点においてユーザーによって追加されることはできない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
スタイラス・デバイスのイメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増すよう適応されている光学要素を通じてディスプレイから光を受け取るスタイラス・デバイスが提供される。像の、焦点が合っている部分のサイズおよび形に基づいて、ディスプレイに対するスタイラス・デバイスの距離、配向および方位角が決定できる。さらに、各ピクセルまたはピクセル群に対応する位置が、ディスプレイの各ピクセルまたはピクセル群によって放出される青色光中にエンコードされる。初期化の際、または同期が失われた後に、スタイラス・デバイスはエンコードされた位置をデコードすることによって前記ピクセルに対するその位置を決定できる。その位置をディスプレイと同期させたのちは、スタイラス・デバイスはディスプレイのピクセルを追跡することによって、そのその後の位置を決定できる。
【０００５】
ある実装では、ディスプレイから放出される光はスタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいて受領される。その光は、イメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増す光学要素を通じて受領される。その像の焦点が合っている部分がイメージ・センサーによって決定される。その像の焦点が合っている部分のサイズがイメージ・センサーによって決定される。決定されたサイズに基づいて、スタイラス・デバイスおよびディスプレイの位置および姿勢が決定される。
【０００６】
ある実装では、ディスプレイの複数のピクセルから放出される光がスタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいて受領される。各ピクセルはディスプレイ上に、関連付けられた位置をもつ。少なくとも一つのピクセルの位置は、スタイラス・デバイスのイメージ・センサーによる受領された光に基づいて決定される。ディスプレイに対するスタイラス・デバイスの位置は、前記少なくとも一つのピクセルの決定された位置に基づいて、スタイラス・デバイスのイメージ・センサーによって決定される。
【０００７】
この概要は、詳細な説明において下記でさらに述べられる概念の一部を簡略化された形で紹介するために与えられている。この概要は、特許請求される主題の主要な特徴や本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、特許請求される主題の範囲を限定するために使われることも意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以上の概要および以下の例示的な実施形態の詳細な説明は、付属の図面とともに読むときによりよく理解される。実施形態を例解する目的のために、図面には、実施形態の例示的な構成が示されるが、実施形態は開示されている個別的な方法および道具立てに限定されるものではない。
【図１】スタイラス・デバイスを使うための例示的な環境を示す図である。
【図２】スタイラス・デバイスのセンサー上に形成された像を示す図である。
【図３】スタイラス・デバイスのセンサー上に形成された像を示すもう一つの図である。
【図４】スタイラス・デバイスのセンサー上に形成された像を示すもう一つの図である。
【図５】ピクセル四つ組を使って位置をエンコードする例示的なエンコード方式を示す図である。
【図６】スタイラス・デバイスの距離、配向および方位角を決定する方法の実装の動作フローを示す図である。
【図７】スタイラス・デバイスの位置および姿勢を決定する方法の実装の動作フローを示す図である。
【図８】スタイラス・デバイスの位置を決定する方法の実装の動作フローを示す図である。
【図９】本システムの実装に基づくコンピューティング・システム環境のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、スタイラス・デバイス１０１を使うための例示的な環境１００を示す図である。図のように、環境１００は、スタイラス・デバイス１０１と、コンピューティング・デバイス１１０に結合されたディスプレイ１８０とを含んでいる。ディスプレイ１８０は、これに限られないが、液晶ディスプレイ（LCD:  liquid  crystal  display）を含む多様なディスプレイ種別を含みうる。ディスプレイ１８０は複数のピクセルを含んでいてもよく、各ピクセルはディスプレイ１８０上のある位置に関連付けられる。コンピューティング・デバイス１１０はディスプレイ１８０を駆動してもよく、たとえば図９との関連で述べるコンピューティング・デバイス９００のような一つまたは複数の汎用コンピューティング・デバイスを使って実装されてもよい。
【００１０】
スタイラス・デバイス１０１は、本体部分１０６に結合されたノーズ部分１０５を含んでいてもよい。スタイラス・デバイス１０１は、本体部分１０６によってユーザーによって保持されるよう構成されていてもよく、ノーズ部分１０５を使ってディスプレイ１８０によって表示される画像と対話するために使われてもよい。たとえば、ユーザーは、本体部分１０６を保持してディスプレイ１８０に対するノーズ部分１０５の位置を変えることによって、ディスプレイ１８０上に表示されるカーソルを制御するため、あるいはディスプレイ１８０によって表示される画像の一部である一つまたは複数のアイコンまたはグラフィックと対話するためにスタイラス・デバイス１０１を使ってもよい。スタイラス・デバイス１０１は、たとえばバッテリーのような電源１２５によって電力を受けてもよい。電源１２５は本体部分１０６内に位置されていてもよい。
【００１１】
スタイラス・デバイス１０１は、スタイラス・デバイス１０１のノーズ部分１０５に結合された接触センサー１０７を含んでいてもよい。接触センサー１０７は、たとえばユーザーがスタイラス・デバイス１０１のノーズ部分１０５をディスプレイ１８０に押しつけたときに作動されうるボタンまたは圧力感応性スイッチを有していてもよい。たとえば、ユーザーは、ディスプレイ１８０によって表示されるアイコンの選択を指示するために接触センサー１０７を作動させてもよいし、あるいはユーザーがディスプレイ１８０上に線の像を描くことを所望することを示すために接触センサー１０７を作動させてもよい。
【００１２】
スタイラス・デバイス１０１はさらに、電子回路１２０を含んでいてもよい。電子回路１２０は本体部分１０６内に実装されてもよく、ディスプレイ１８０から放出され、スタイラス・デバイス１０１によって受領される光に基づいてスタイラス・デバイス１０１の位置を決定できるプロセッサまたは他の電子コンポーネントを含んでいてもよい。スタイラスの位置は、スタイラス軸の表示面１８０との交点の面内座標からなり、浮上〔ホバー〕距離を含んでいてもよい。浮上距離は、接触センサー１０７とディスプレイ１８０との間の距離であってもよい。いくつかの実装では、電子回路１２０はさらにスタイラスの姿勢を決定してもよい。スタイラスの姿勢は、ディスプレイ１８０に対する三つの角度、方位角、仰角およびスタイラス・デバイス１０１の回転によって記述される。
【００１３】
スタイラス・デバイス１０１はさらに、送信機１２３を含んでいてもよい。送信機１２３は本体部分１０６内に実装されてもよく、スタイラス・デバイス１０１からのデータを、コンピューティング・デバイス１１０における対応する受信機１１２に送信してもよい。送信されるデータは、スタイラス・デバイス１０１の決定された位置および姿勢を含んでいてもよい。送信されるデータはさらに、接触センサー１０７および／またはユーザー作動されるボタンまたはタッチ・センサーの作動に関連した任意のデータを含んでいてもよい。送信機１２３は、ブルートゥース送信機のような無線送信機であってもよい。しかしながら、他の任意の型の無線または有線送信手段が使用されうる。
【００１４】
受信機１１２は、送信されたデータをスタイラス・ドライバ１１１に提供してもよい。スタイラス・ドライバ１１１は、スタイラス・デバイス１０１から受信されたデータに従って、コンピューティング・デバイス１１０によって表示される一つまたは複数のカーソルまたはアイコンを移動または調整してもよい。スタイラス・ドライバ１１１は、コンピューティング・デバイス１１０によって実行されるソフトウェア・アプリケーションであってもよい。のちにさらに述べるように、スタイラス・ドライバ１１１はさらに、一つまたは複数の信号またはパターンを、ディスプレイ１８０のピクセルによって表示される光の中にエンコードしてもよい。該信号またはパターンは、スタイラス・デバイス１０１の位置を決定するために電子回路１２０によって使用されてもよい。
【００１５】
スタイラス・デバイス１０１はさらに、レンズ１３０を含んでいてもよい。レンズ１３０は、ノーズ部分１０５内に実装されてもよく、ノーズ部分１０５を通じて、ディスプレイ１８０から放出される光を受領してもよい。いくつかの実装では、レンズ１３０は固定焦点レンズであってもよい。しかしながら、他の型のレンズを使ってもよい。
【００１６】
スタイラス・デバイス１０１はさらに、イメージ・センサー１３５を含んでいてもよい。イメージ・センサー１３５は、ノーズ部分１０５内に実装されていてもよく、レンズ１３０を通過するディスプレイ１８０の一つまたは複数のピクセルから放出された光を受領してもよい。受領された光は、イメージ・センサー１３５上に像を形成してもよく、それが電子回路１２０によって、スタイラス・デバイス１０１の位置および／または姿勢を決定するために使われてもよい。いくつかの実装では、イメージ・センサー１３５は256ピクセルかける256ピクセルのイメージ・センサーであってもよい。しかしながら、他の大きさのイメージ・センサーを使ってもよい。
【００１７】
スタイラス・デバイス１０１はさらに、光学要素１８５を含んでいてもよい。光学要素１８５はノーズ部分１０５において実装されてもよく、ディスプレイ１８０から放出される光を受領してもよい（図１では光線１４１ａ、１４１ｂおよび１４１ｃとして破線を使って示している）。受領された光線１４１ａ〜ｃは、光学要素１８５を通過してもよく、レンズ１３０を通じて、イメージ・センサー１３５上に向き付けされてもよい。
【００１８】
光学要素１８５は、レンズ１３０を通ってイメージ・センサー１３５上に投影される像の像面湾曲を増大させるためにスタイラス・デバイス１０１によって使われてもよい。像面湾曲は、像が取られる範囲の平坦さの尺度である。一般に、レンズ１３０のようなレンズは、像面湾曲を最小化するよう構成される。しかしながら、固定焦点レンズについての被写界深度に対する物理的な限界のため、そのようなレンズを使ってのスタイラス・デバイス１０１についての実現可能な浮上距離は一般的な応用については不十分であることがある。光学要素１８５を使って投影される像の像面湾曲を増すことによって、レンズ１３０の有効被写界深度が、検出可能な浮上距離および／または位置の範囲とともに増大させられる。しかしながら、被写界深度のそのような増大は、投影される像の、焦点が合っている量を代償としてのことである。
【００１９】
たとえば、実線で示されている光線１４３ａ、１４３ｂおよび１４３ｃは、光学要素１８５の利益なしにレンズ１３０を通過するディスプレイ１８０から放出された光の仮説的な光線を表している。光線１４３ａ、１４３ｂおよび１４３ｃによってイメージ・センサー１３５上に形成される像についての結果として得られる被写界深度はボックス１９１によって示されている。被写界深度は距離１９２である。この場合、イメージ・センサー１３５がディスプレイ１８０の焦点があった像を得ることができるボックス１９１によって表される体積内にディスプレイ１８０の一部がある限り、スタイラス・デバイス１０１は、その位置を追跡することができる。ボックス１９１によって表される体積外ではイメージ・センサー１３５上に形成される像においてディスプレイ１８０のどのピクセルも焦点が合っていないことがありうるので、そのようなレンズ１３０についての検出可能な浮上距離の範囲は距離１９２に制限される。
【００２０】
対照的に、光学要素１８５を通過する光線１４１ａ、１４１ｂおよび１４１ｃによってイメージ・センサー１３５上に形成される像についての被写界深度はボックス１９４によって示されている。イメージ・センサー１３５上に形成される像の像面湾曲を増すことによって、検出可能な浮上距離の範囲が距離１９２から距離１９３に増大される。しかしながら、イメージ・センサー１３５上の、任意の所与の距離において焦点が合っている部分は、同様に縮小される。
【００２１】
いくつかの実装では、光学要素１３５は、レンズ１３０の像面湾曲を増すことができる任意の光学要素を有しうる。たとえば、光学要素は、プリズム式屈折要素または回転対称な双円錐形の要素のような屈折性要素を有していてもよい。もう一つの例では、光学要素１３５は鏡のような反射性要素を有していてもよい。さらに、いくつかの実装では、光学要素１３５は、たとえば複数の平面上の面または表面のような複数の光学要素を有していてもよい。
【００２２】
電子回路１２０は、イメージ・センサー上に形成された像の焦点が合っている部分の面積または形に基づいて、スタイラス・デバイス１０１の浮上距離を決定してもよい。具体的には、電子回路１２０は、イメージ・センサー１３５上に形成される像の、焦点が合っている部分の半径対イメージ・センサー１３５上に形成される像の焦点が合っていない部分の面積に基づいて、スタイラスの浮上距離を決定してもよい。
【００２３】
たとえば、図２は、イメージ・センサー１３５上に形成される像２００の図解である。像２００は焦点が合っている部分２０６および焦点が合っていない部分２０７を含む。図示した例では、光学要素１８５は回転対称な屈折性光学要素１８５であり、その結果、焦点が合っている部分２０６は環形の楕円形領域となっている。焦点が合っている部分２０６は斜線付きで示してあり、焦点が合っていない部分２０７は斜線なしで示している。焦点が合っている部分２０６の形および数は、使用される光学要素１８５の型に依存して変わりうる。
【００２４】
スタイラス・デバイス１０１がディスプレイ１８０に近づくにつれ、焦点が合っている部分２０６の半径は減少する。同様に、スタイラス・デバイス１０１がディスプレイ１８０から遠ざかるにつれて、焦点が合っている部分２０６の半径は増す。このように、浮上距離は、焦点が合っている部分２０６の半径に比例する。いくつかの実装では、焦点が合っている部分２０６の半径は、焦点が合っている部分２０６によって形成される環形の内側半径と外側半径の間の差に基づいて決定されてもよい。よって、スタイラス・デバイス１０１の電子回路１２０は、焦点が合っている部分２０６の半径に基づいてスタイラス・デバイス１０１の浮上距離を決定してもよい。
【００２５】
電子回路１２０は同様に、イメージ・センサー１３５上に形成される像の、焦点が合っている部分の離心率に基づいて、スタイラス・デバイス１０１の配向を決定してもよい。たとえば、図３は、イメージ・センサー１３５上に形成される像３００の図解である。像３００は、焦点が合っている部分３０６および焦点が合っていない部分３０７を含む。焦点が合っている部分３０６は斜線付きで示してあり、焦点が合っていない部分３０７は斜線なしで示している。光学要素１８５が回転対称な屈折性光学要素１８５である場合には、スタイラス・デバイス１０１の配向は、環形の、焦点が合っている部分３０６の外側によって形成される楕円の離心率に従って測定されてもよい。スタイラス・デバイス１０１のユーザーがスタイラス・デバイス１０１とディスプレイ１８０との間に形成される角度を減らすにつれて、楕円の離心率は増大する。光学要素１８５が回転対称でない光学要素であるまたは複数の光学要素を含む場合には、焦点が合っている部分（単数または複数）の離心率〔エキセントリシティー〕は、参照または基準となる焦点が合っている部分３０６に比較したとき、焦点が合っている部分３０６がどのくらい歪んでもしくは変形しているかの尺度であってもよい。
【００２６】
電子回路１２０は同様に、イメージ・センサー１３５上に形成される像の、焦点が合っている部分の配向に基づいて、スタイラス・デバイス１０１の方位角または回転を決定してもよい。たとえば、図４は、イメージ・センサー１３５上に形成される像４００の図解である。像４００は、焦点が合っている部分４０６および焦点が合っていない部分４０７を含む。焦点が合っている部分４０６は斜線付きで示してあり、焦点が合っていない部分４０７は斜線なしで示している。スタイラス・デバイス１０１が接触センサー１０７および本体部分１０６を通る軸のまわりに回転するにつれて、焦点が合っている部分４０６が同様に回転する。光学要素１８５が回転対称な屈折性光学要素である場合には、スタイラス・デバイス１０１の方位角は、選択された法線のまわりの、焦点が合っている部分４０６の外側環によって形成される楕円の回転に従って測定されうる。焦点が合っている部分４０６が複数部分である場合には、スタイラス・デバイス１０１の方位角は上記選択された法線のまわりの、前記複数部分のうちの一つの回転に従って測定されうる。
【００２７】
電子回路１２０は同様に、ディスプレイ１８０に対するスタイラス・デバイス１０１の位置を決定してもよい。スタイラス・デバイス１０１の位置は、ディスプレイ１８０上で、イメージ・センサー１３５上に形成される像の焦点が合っている部分をなす光のピクセルの位置を決定することによって、電子回路１２０によって決定されてもよい。
【００２８】
いくつかの実装では、スタイラス・ドライバ１１１は、ディスプレイ１８０によってピクセルから放出される光の中に、各ピクセルの位置をエンコードしてもよい。すると、電子回路１２０は、イメージ・センサー１３５によって受領される光におけるエンコードされた位置に基づいて、スタイラス・デバイス１０１の位置を決定しうる。いくつかの実装では、ディスプレイ１８０の各ピクセルは、それぞれが青、緑または赤色光のうちの一つを放出することのできる要素の三つ組を有していてもよい。ピクセルの位置は、前記三つ組の要素によって放出される光の三つの色の一つにエンコードされてもよい。一般に、人間の目の空間分解能は、赤色光や緑色光よりも青色光についてより低い。よって、ピクセルの位置を青色光にエンコードすることによって、ユーザーがエンコードされた位置を知覚する確率が低下する。
【００２９】
いくつかの実装では、上記のエンコード方式を容易にするため、スタイラス・デバイス１０１はさらに、レンズ１３０とイメージ・センサー１３５との間に位置されるフィルタ１３３を含んでいてもよい。フィルタ１３３は高域通過フィルタであってもよく、光の一つまたは複数の波長がイメージ・センサー１３５に到達するのをブロックしうる。各ピクセルの位置が青色光を使って光にエンコードされる場合、フィルタ１３３は、ディスプレイ１８０のピクセルから放出される青色光だけがイメージ・センサー１３５に到達することを許容してもよい。各ピクセルの赤色光および緑色光を遮ることによって、各ピクセルについての見かけのピクセル・コントラストが増大し、光学要素１８５によって導入される色収差が軽減される。
【００３０】
図５は、ピクセル四つ組を使ってピクセルの位置をエンコードするための例示的なエンコード方式５００の図解である。図示した例では、ピクセルは四つのピクセルからなる四つ組にグループ化され、ピクセルの各四つ組がディスプレイ１８０上のある位置に対応する。これら四つのピクセルの強度は、もとの値の平均に設定されてもよい。これは低域通過フィルタの動作と等価である。それらの位置を伝達するため、各ピクセル四つ組は、それらの対応する青色要素によって放出される青色光の強度を、エンコード方式５００のパターン５０１、５０３、５０５、５０７、５０９、５１１、５１３、５１５、５１７、５１９、５２１、５２３、５２５、５２７、５２９、５３１、５３３、５３５および５３７に従って変えてもよい。各ピクセル四つ組は、パターン５０１〜５３７の一意的なシーケンスを表示してもよく、それが電子回路１２０によって検出されて、ディスプレイ１８０上のピクセル四つ組（そしてスタイラス・デバイス１０１）の位置を決定するために使われてもよい。
【００３１】
エンコード方式５００では、四つ組内のピクセルの青色成分の強度は19通りのパターン５０１〜５３７に従って変えられる。ある象限の「0」記号は、青色光に対する当該ピクセルの強度が変更されていないことを示す。ある象限における「＋」記号は、青色光に対する当該ピクセルの強度が増大されていることを示す。ある象限における「−」記号は、青色光に対する当該ピクセルの強度が減少されていることを示す。ピクセルの強度は、たとえば10パーセントのような少量だけ増大または減少されてもよい。各パターンについて、ピクセル四つ組によって放出される総光量は不変のままであってもよい。
【００３２】
ユーザーがエンコード方式を知覚することを避けるため、四つ組内の、強度が増大させられるまたは減少させられるピクセルの数が均衡させられる。たとえば、パターン５０１は強度が増大または減少させられるピクセルはなく、パターン５０３は強度が増大させられるピクセルが一つ、強度が減少させられるピクセルが一つあり、パターン５１９は強度が増大させられるピクセルが二つ、強度が減少させられるピクセルが二つある。上記で概説した均衡要件およびエンコード方式５００を満たす19通りのパターン５０１〜５３７があり、図５に示されている。
【００３３】
ひとたび電子回路１２０がピクセル四つ組についてディスプレイ１８０における位置を同定したら、電子回路１２０は、該四つ組内の各ピクセルの位置を推定するために該位置情報を使うことができる。このため、2048かける2048ピクセルまでのディスプレイは、各ピクセル四つ組の位置をエンコードするために20ビット数を使ってもよい。エンコード方式５００における19通りのパターン５０１〜５３７を与えられると、この20ビット数はディスプレイ１８０によって6フレームで表示できる。19通りのパターン５０１〜５３７とともに6フレーム・エンコードを使うと、196通りの可能なコードができる。これはほぼ25ビットと等価である。その余剰ビットは、たとえば信頼性向上および／またはノイズ削減のための冗長なエンコードのために、スタイラス・ドライバ１１１によって使用されることができる。
【００３４】
いくつかの実装では、電子回路１２０は、同期フェーズと称されるものの間にエンコード方式５００に基づいてディスプレイ１８０に対する初期のスタイラス・デバイス１０１位置を決定するために、ビタビ・アルゴリズムのような標準的なデコード・アルゴリズムを使ってもよい。同期フェーズに際して、たとえば、電子回路１２０はスタイラス・デバイス１０１の位置を失ったのでもよいし、あるいはスタイラス・デバイス１０１が最近初期化されたのでもよい。電子回路１２０がスタイラス・デバイス１０１の位置を決定したのちは、電子回路１２０は、イメージ・センサー１３５を使ってスタイラス・デバイス１０１によって、ディスプレイ装置のピクセルを追跡することによって、スタイラス・デバイス１０１のその後の位置を決定しうる。スタイラス・デバイス１０１がピクセル追跡に基づいてその位置を決定できなくなったら、電子回路１２０は、スタイラス・デバイス１０１の位置を決定するために再び同期フェーズにはいってもよい。たとえば、ユーザーは、スタイラス・デバイス１０１を置くか、他の仕方でディスプレイ１８０から遠すぎる位置に保持してもよい。
【００３５】
いくつかの実装では、電子回路１２０は、スタイラス・デバイス１０１が同期フェーズにあるときに、スタイラス・デバイス１０１に信号を送ってもよい。すると、スタイラス・デバイス１０１は、同期フェーズの間、ピクセルによって放出される光にピクセルの位置をエンコードしてもよく、電子回路１２０がスタイラスの位置を決定に成功した（すなわち、同期フェーズを出た）との信号を送ってきたのち、光にピクセルの位置をエンコードするのをやめてもよい。同期フェーズの間のみ光をエンコードすることによって、ユーザーがエンコードされたパターンを感知するまたは該パターンによってわずらわされる可能性が低下する。
【００３６】
図６は、スタイラス・デバイスの距離、配向および方位角を決定する方法の実装の動作フローである。方法６００は、たとえばスタイラス・デバイス１０１およびコンピューティング・デバイス１１０の一方または両方によって実装されてもよい。
【００３７】
６０１では、スタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいて、ディスプレイから放出された光が受領される。光は、光学要素１８５を通じてイメージ・センサー１３５によって受領されてもよく、イメージ・センサー１３５上に像を形成してもよい。光学要素１８５は、イメージ・センサー１３５上に形成される像の像面湾曲を増大させてもよい。光学要素１８５は屈折性または反射性の光学要素１８５であってもよい。さらに、光学要素１８５は複数の光学要素を使って実装されてもよい。
【００３８】
６０３では、上記の像の、焦点が合っている部分が判別される。像の、焦点が合っている部分は、電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって判別されてもよい。上記のように、光学要素１８５はイメージ・センサー１３５上に形成される像の像面湾曲を増大させる。しかしながら、像面湾曲の増大は像の合焦を代償として得られる。使用される光学要素の型に依存して、像の、焦点が合っている一つの連続的な部分があることもあるし、あるいは像の、焦点が合っている複数の連続しない部分があることもある。
【００３９】
６０５では、像の、焦点が合っている部分の形が判別される。前記部分のサイズは電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって判別されてもよい。焦点が合っている部分の形は、像の焦点が合っている面積を判別することによって決定されてもよい。たとえば、前記部分が環形領域である場合、面積は、該環形領域の半径に基づいて決定できる。像の、焦点が合っている複数の部分がある場合には、像の、焦点が合っている部分の形は、各焦点が合っている部分の面積を合計することによって決定されてもよい。
【００４０】
６０７では、スタイラス・デバイスとディスプレイとの間の距離が判別される。この距離は、浮上距離であってもよく、像の、焦点が合っている部分の形または半径に基づいて、電子回路１２０によって決定されてもよい。
【００４１】
６０９では、像の、焦点が合っている部分の離心率〔エキセントリシティー〕が判別される。像の、焦点が合っている部分の離心率は、イメージ・センサー１３５および電子回路１２０によって決定されてもよい。像の、焦点が合っている部分が概括的に楕円形の環である場合、離心率は、該環の外側によって形成される楕円がどのくらい円と異なっているかの尺度でありうる。像の前記部分が概括的に楕円ではない場合または複数の部分を含む場合には、離心率は、像の、焦点が合っている部分（単数または複数）が、参照部分（単数または複数）に比べたときにどのくらい歪んでいるかの尺度でありうる。
【００４２】
６１１では、スタイラス・デバイスの傾斜が、決定された離心率に基づいて決定される。傾斜は、スタイラス・デバイスとディスプレイとの間の角度の指標であってもよく、電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって決定されてもよい。一般に、離心率が大きいほど、スタイラス・デバイスの傾斜も大きく、逆もまたしかりである。
【００４３】
６１３では、像の、焦点が合っている部分の配向が判別される。この配向は、電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって決定されてもよい。配向は、像の上記部分の、法線に対する回転の角度測度であってもよい。像の上記部分が複数の部分を含む場合には、それらの部分の一つの配向が決定されてもよい。
【００４４】
６１５では、スタイラス・デバイスの方位角が決定された配向に基づいて判別される。方位角は、電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって決定されてもよい。一般に、決定された配向の角度が大きいほど、方位角も大きくなり、逆もまたしかりである。
【００４５】
６１７では、決定された距離、傾斜および方位角が、スタイラス・デバイスに結合されたコンピューティング・デバイスに与えられる。決定された距離、傾斜および方位角は、スタイラス・デバイス１０１の送信機１２３によって、コンピューティング・デバイス１１０の受信機に与えられてもよい。与えられたデータは、スタイラス・ドライバ１１１によって、たとえばスタイラス・デバイス１０１に対応するカーソルまたはアイコンを更新するために使用されてもよい。
【００４６】
図７は、スタイラス・デバイスの位置および姿勢を決定する方法７００の実装の動作フローである。方法７００は、たとえばスタイラス・デバイス１０１およびコンピューティング・デバイス１１０の一方または両方によって実装されてもよい。
【００４７】
７０１では、イメージ・センサーから像が判別される。像は、スタイラス・デバイス１０１のイメージ・センサー１３５上に形成された像であってもよい。
【００４８】
７０３では、上記像が一つまたは複数のピクセルを決定するために処理される。像は、スタイラス・デバイス１０１の電子回路１２０によって処理されてもよい。いくつかの実装では、像は、暗い領域によって囲まれている明るいスポットを位置特定する演算子（たとえば、小さなカーネルとの畳み込み）を使って処理されてもよい。十分なコントラストを与えられれば、領域の中心は、ディスプレイ１８０からのピクセルの中心であると決定されてもよい。ピクセルのコントラストは、あるピクセルがどのくらい焦点が合っているかの指標であってもよい。当該ピクセルが焦点が合っていれば、当該ピクセルは高いコントラストをもつ。当該ピクセルが被写界深度のいずれかの末端近くにあれば、コントラストは低くなる。ピクセルが被写界深度より先にあれば、全くコントラストがないことがあり、ピクセルがみつけられないことがある。
【００４９】
７０５では、スタイラス・デバイスの位置および姿勢が推定される。スタイラス・デバイス１０１の位置および姿勢が電子回路１２０によって推定されてもよい。取得された像において十分な数のピクセルが同定されたら、ピクセル座標およびコントラスト（合焦）情報が、ディスプレイ１８０に対するスタイラス・デバイス１０１の位置を推定するためにまず使われてもよい。いくつかの実装では、これは、電子回路１２０によって、最小二乗誤差和を使って連立方程式を解くこと（たとえば最小二乗当てはめ）によって行われてもよい。他の方法が使われてもよい。
【００５０】
７０７では、ピクセル位置がマッピングされる。ピクセル位置は電子回路１２０によってマッピングされてもよい。いくつかの実装では、７０３において決定されたピクセルは、スタイラス・デバイス光学系の幾何構造に基づいてディスプレイ１８０上のピクセル位置にマッピングされてもよい。
【００５１】
７０９では、位置および姿勢推定が洗練される。これらの推定は、電子回路１２０によって、ピクセル位置のマッピングに基づいて洗練されてもよい。いくつかの実装では、これらの推定は、x、yおよびz位置座標ならびに方位角、距離および回転角に対応する6個の変数をもつ連立方程式を解くことによって、ピクセル位置のマッピングに基づいて洗練されてもよい。
【００５２】
７１１では、洗練された推定が、誤差について検査される。洗練された推定は、電子回路１２０によって誤差があるかどうか検査されてもよい。推定は、イメージ・センサー１３５における決定されたピクセルとディスプレイ１８０との間のマッピングのため、誤差をもつことがある。可能なマッピングの数は少ないので、電子回路１２０はあらゆる可能なマッピングを試行して、最も小さい誤差をもつ位置および姿勢の推定を選択してもよい。
【００５３】
７１３では、追跡ループが開始されてもよい。追跡ループは、電子回路１２０によって開始されてもよい。追跡ループ中は、開始ピクセル位置に対して、スタイラス位置および姿勢が連続的に決定されてもよい。
【００５４】
７１５では、スタイラス・デバイスが同期される。スタイラス・デバイス１０１は、絶対位置デコード・アルゴリズムを使って電子回路１２０によって同期されてもよい。いくつかの実装では、絶対位置デコード・アルゴリズムの結果、ディスプレイ１８０に対する絶対位置が決定されてもよい。絶対位置デコード・アルゴリズムは、十分な数のディスプレイ１８０フレームが解析され終わったまたはディスプレイ１８０の十分大きな領域が追跡の際に観察され終わったときに完了してもよい。
【００５５】
７１７では、絶対位置情報が与えられる。絶対位置情報は、電子回路１２０によってコンピューティング・デバイス１１０に与えられてもよい。絶対位置情報は電子回路１２０によって追跡されてもよく、スタイラス・デバイス１０１が動かされるにつれてコンピューティング・デバイス１１０によって連続的に与えられてもよい。
【００５６】
図８は、スタイラス・デバイスの位置を決定する方法の実装の動作フローである。方法８００は、スタイラス・デバイス１０１およびコンピューティング・デバイス１１０の一つまたは複数によって実装されてもよい。
【００５７】
８０１では、ディスプレイの複数のピクセルから放出される光がスタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいて受領される。光は、ディスプレイ１８０の複数のピクセルから、スタイラス・デバイス１０１のイメージ・センサー１３５上で受領されてもよい。スタイラス・デバイス１０１はたとえばディスプレイに向けて保持されてもよく、イメージ・センサー１３５によって受領される光を発しているディスプレイ上のピクセルの位置を判別することによって、ディスプレイ前面でのその位置を決定しようとしてもよい。いくつかの実装では、受領される光はフィルタ１３３を通じて受領されてもよい。
【００５８】
８０３では、ピクセルのうち少なくとも一つのピクセルの位置が、受領された光に基づいて決定される。位置は、スタイラス・デバイス１０１の電子回路１２０およびイメージ・センサー１３５によって決定されてもよい。いくつかの実装では、位置は、スタイラス・ドライバによって、放出される光の中にエンコードされるコードまたはパターンに基づいて決定されてもよい。たとえば、いくつかの実装では、スタイラス・ドライバ１１１はディスプレイのピクセルを四つのピクセルからなる四つ組にグループ化してもよい。四つのピクセルからなる各四つ組は、該四つ組内の各ピクセルによって表示される青色光の量を増大させる、減少させるまたは調整しないことによって、パターンの一意的なシーケンスを表示してもよい。各四つ組によって表示されるパターンの各シーケンスは一意的なので、電子回路１２０は、パターンの該一意的なシーケンスに基づいて四つ組内のピクセルのうち少なくとも一つのピクセルの位置を決定してもよい。そのようなパターンは、たとえば図５との関連で述べてある。
【００５９】
８０５では、ディスプレイに対するスタイラス・デバイスの位置が、前記少なくとも一つのピクセルの位置に基づいて決定される。該位置は、スタイラス・デバイス１０１の電子回路１２０によって決定されてもよい。
【００６０】
８０７では、スタイラス・デバイスの決定された位置が与えられる。決定された位置は、スタイラス・デバイス１０１の送信機１２３によってコンピューティング・デバイス１１０の受信機１１２に与えられてもよい。スタイラス・ドライバ１１１は与えられた位置を使って、たとえばスタイラス・デバイス１０１に対応するカーソルまたはアイコンを更新してもよい。
【００６１】
図９は、例示的な実施形態および側面が実装されうる例示的なコンピューティング環境を示している。本コンピューティング・システム環境は単に好適なコンピューティング環境の一例であり、使用または機能の範囲に対するいかなる限定も示唆することは意図されていない。
【００６２】
数多くの他の汎用または特殊目的コンピューティング・システム環境または構成が使用されうる。使用に適しうるよく知られたコンピューティング・システム、環境および／または構成の例は、これに限られないが、パーソナル・コンピュータ、サーバー・コンピュータ、ハンドヘルドまたはラップトップ機、スマートフォン、ネットワーク・パーソナル・コンピュータ（PC）、ミニコンピュータ、メインフレーム・コンピュータ、組み込みシステム、上記のシステムまたは装置の任意のものを含む分散式コンピューティング環境などを含む。
【００６３】
コンピュータによって実行されるプログラム・モジュールのようなコンピュータ実行可能命令が使用されてもよい。一般に、プログラム・モジュールは、特定のタスクを実行するまたは特定の抽象的なデータ型を実装するルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含む。通信ネットワークまたは他のデータ伝送媒体を通じてリンクされたリモートの処理装置によってタスクが実行される、分散されたコンピューティング環境が使用されてもよい。分散されたコンピューティング環境では、プログラム・モジュールおよび他のデータは、メモリ記憶装置を含むローカルおよびリモート両方のコンピュータ記憶媒体に位置されていてもよい。
【００６４】
図９を参照するに、本稿に記載される諸側面を実装する例示的なシステムは、コンピューティング・デバイス９００のようなコンピューティング・デバイスを含む。最も基本的な構成では、コンピューティング・デバイス９００は典型的には少なくとも一つの処理ユニット９０２およびメモリ９０４を含む。コンピューティング・デバイスの厳密な構成および型に依存して、メモリ９０４は揮発性（ランダム・アクセス・メモリ（RAM）など）、不揮発性（読み出し専用メモリ（ROM）、フラッシュ・メモリなど）または両者の何らかの組み合わせであってもよい。この最も基本的な構成は、図９では破線９０６によって示されている。
【００６５】
コンピューティング・デバイス９００は追加的な特徴／機能を有していてもよい。たとえば、コンピューティング・デバイス９００は、これに限られないが磁気もしくは光ディスクもしくはテープを含む追加的な記憶（着脱可能および／または非着脱可能）を含んでいてもよい。そのような追加的な記憶は図９では着脱可能な記憶９０８および非着脱可能な記憶９１０によって示されている。
【００６６】
コンピューティング・デバイス９００は典型的には多様なコンピュータ可読媒体を含む。コンピュータ可読媒体は、デバイス９００によってアクセスされることができる任意の利用可能な媒体であることができ、揮発性および不揮発性媒体の両方、着脱可能および非着脱可能媒体を含む。
【００６７】
コンピュータ記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラム・モジュールまたは他のデータといった情報の記憶のための任意の方法および技術で実装された、揮発性および不揮発性ならびに着脱可能および非着脱可能な媒体を含む。メモリ９０４、着脱可能記憶９０８および非着脱可能記憶９１０はみな、コンピュータ記憶媒体の例である。コンピュータ記憶媒体は、これに限られないが、RAM、ROM、電気的に消去可能なプログラム可能型読み出し専用メモリ（EEPROM）、フラッシュ・メモリまたは他のメモリ技術、CD-ROM、デジタル多用途ディスク（DVD）または他の光学式記憶、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶または他の磁気記憶装置または所望される情報を記憶するために使用でき、コンピューティング・デバイス９００によってアクセスされることのできる他の任意の媒体を含む。
【００６８】
コンピューティング・デバイス９００は、該デバイスが他のデバイスと通信できるようにする通信接続（単数または複数）９１２を含んでいてもよい。コンピューティング・デバイス９００は、キーボード、マウス、ペン、音声入力装置、スタイラス、タッチ入力デバイスなどといった入力装置（単数または複数）９１４をも有していてもよい。スピーカー、プリンタなどといった出力装置（単数または複数）９１６も含まれてもよい。これらすべての装置は当技術分野においてよく知られており、ここで詳しく論じる必要はない。
【００６９】
コンピューティング・デバイス９００はディスプレイ９１７をも有していてもよい。ディスプレイ９１７は、液晶ディスプレイ、陰極線管ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイなどを含む多様なよく知られたディスプレイ型を含みうる。当技術分野で知られている任意の型のディスプレイが使用されうる。例示的なディスプレイは、図１との関連で示されるディスプレイ１８０である。
【００７０】
本稿に記載されるさまざまな技法がハードウェアまたはソフトウェアまたは適切な場合には両者の組み合わせとの関連で実装されてもよいことは理解しておくべきである。よって、本願で開示される主題の方法および装置またはそのある種の側面もしくは部分は、フロッピー（登録商標）ディスケット、CD-ROM、ハードドライブまたは他の任意の機械可読記憶媒体といった有体の媒体において具現されたプログラム・コード（すなわち命令）の形を取ってもよい。ここで、プログラム・コードがコンピュータのような機械にロードされ、実行されるとき、該機械は本願に開示される主題を実施するための装置となる。
【００７１】
例示的な実装は一つまたは複数のスタンドアローンのコンピュータ・システムのコンテキストで本願で開示される主題の諸側面を利用することに言及することがあるが、主題はそれに限定されるのではなく、むしろネットワークまたは分散式コンピューティング環境などといった任意のコンピューティング環境との関連で実装されうる。さらに、本願で開示される主題の諸側面は、複数の処理チップまたはデバイスにおいてまたは複数の処理チップまたはデバイスを横断して実装されてもよく、同様に、記憶は複数の装置を横断して実施されてもよい。そのような装置はたとえば、パーソナル・コンピュータ、ネットワーク・サーバーおよびハンドヘルド・デバイスを含んでもよい。
【００７２】
主題は構造的な特徴および／または方法論的な工程に固有の表現で記述されているが、付属の請求項において定義される主題は必ずしも上記で述べた個別的な特徴や工程に限定されるものではない。むしろ、それらの個別的な特徴および工程は請求項を実装する例示的な形として開示されているのである。
いくつかの態様を記載しておく。
〔態様１〕
スタイラス・デバイスのイメージ・センサーにおいてディスプレイから放出された光を受領する段階であって、受領された光は前記イメージ・センサー上に像を形成する、段階と；
前記イメージ・センサーによって、前記像の、焦点が合っている部分を判別する段階と；
前記像の、焦点が合っている部分の形に基づいて前記スタイラス・デバイスの位置および姿勢を決定する段階とを含む、
方法。
〔態様２〕
前記光が、前記イメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増す光学要素を通じて前記イメージ・センサーによって受領される、態様１記載の方法。
〔態様３〕
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、当該方法がさらに：
前記楕円形の環の離心率を決定する段階と；
前記楕円形の環の離心率に基づいて前記スタイラス・デバイスの傾斜を決定する段階とをさらに含む、
態様１記載の方法。
〔態様４〕
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、当該方法がさらに：
前記楕円形の環の配向を決定する段階と；
前記楕円形の環の配向に基づいて前記スタイラス・デバイスの方位角を決定する段階とをさらに含む、
態様１記載の方法。
〔態様５〕
コンピューティング・デバイスと；
前記コンピューティング・デバイスに結合されたディスプレイと；
光学要素およびイメージ・センサーを有するスタイラス・デバイスとを有するシステムであって、前記イメージ・センサーは：
前記ディスプレイから放出された光を前記光学要素を通じて受領する段階であって、受領された光は前記イメージ・センサー上に像を形成する、段階と；
前記像の、焦点が合っている部分を判別する段階と；
前記像の、焦点が合っている部分のサイズを決定する段階と；
決定されたサイズに基づいて前記スタイラス・デバイスと前記ディスプレイとの間の距離を決定する段階とを実行するよう適応されている、
システム。
〔態様６〕
前記光学要素は前記イメージ・センサー上に形成される像の像面湾曲を増大させる、態様５記載のシステム。
〔態様７〕
前記光学要素が、反射性光学要素または屈折性光学要素のうちの一つである、態様５記載のシステム。
〔態様８〕
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、前記イメージ・センサーがさらに：
前記楕円形の環の離心率を決定する段階と；
前記楕円形の環の離心率に基づいて前記スタイラス・デバイスの傾斜を決定する段階とを実行するよう適応されている、
態様５記載のシステム。
〔態様９〕
前記像の、焦点が合っている部分が楕円形の環であり、前記イメージ・センサーがさらに：
前記楕円形の環の配向を決定する段階と；
前記楕円形の環の配向に基づいて前記スタイラス・デバイスの方位角を決定する段階とを実行するよう適応されている、
態様５記載のシステム。
〔態様１０〕
前記スタイラス・デバイスが決定された距離を前記コンピューティング・デバイスに与えるよう適応されている、態様５記載のシステム。
【図１】
0005964329.tif 000002
【図２】
0005964329.tif 000003
【図３】
0005964329.tif 000004
【図４】
0005964329.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005964329.tif 000007
【図７】
0005964329.tif 000008
【図８】
0005964329.tif 000009
【図９】
0005964329.tif 000010