(57)【要約】電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーン（１４）とオブジェクト（３２）を介してユーザ対話するためのデジタイザ（１２）。デジタイザ（１２）は前記オブジェクトの電界（１０８）を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器（１２）であって、出力（１８）を有する検出器の透明な感知配列と、前記出力に関連付けられる差動増幅器（６０．１）の配列とを備え、それによって前記出力の間の差動検出を適用する。
2005537570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと一緒にオブジェクトの位置決定を介してユーザ対話を行なうための装置であって：
前記オブジェクトの位置を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
前記出力に関連付けられる差信号であって、前記出力の少なくとも二つの間の差を表わす差信号を生成するための増幅器の配列と、
を備え、前記信号を前記対話で使用するように作動可能な装置。
【請求項２】
前記増幅器が差動増幅器である請求項１の装置。
【請求項３】
検出器の前記配列が電界を検出するように構成する請求項１の装置。
【請求項４】
前記電子的にリフレッシュ可能な表示装置が平面型表示装置を備える請求項１の装置。
【請求項５】
オブジェクトがポインティング装置である請求項１の装置。
【請求項６】
ポインティング装置がスタイラスである請求項５の装置。
【請求項７】
オブジェクトがゲーミング部品である請求項１の装置。
【請求項８】
平面型表示装置に組み込まれる請求項１の装置。
【請求項９】
モバイルコンピュータの付属品としてパッケージ化された請求項１の装置。
【請求項１０】
透明な感知配列が少なくとも一つの有機導電箔を含む請求項１の装置。
【請求項１１】
透明な感知配列が少なくとも一つのＩＴＯ箔を含む請求項１の装置。
【請求項１２】
前記感知配列のセンサと前記増幅器配列との間に接続された少なくとも一つの高域通過増幅器をさらに含む請求項１の装置。
【請求項１３】
前記透明な感知配列が格子状の直線センサを含む請求項１の装置。
【請求項１４】
差動増幅器の前記配列が、各々第一差動入力および第二差動入力を有する複数の差動増幅器を含み、前記第一差動入力が第一センサの出力に接続され、前記第二差動入力が前記第一センサのスタイラス有効電界を越える位置にある第二センサの出力に接続される請求項１の装置。
【請求項１５】
前記第二センサが、前記第一センサの前記スタイラス有効電界を越えて最小距離位置にある請求項１４の装置。
【請求項１６】
各オブジェクトが、幾つかの隣接センサに影響を及ぼすことができる電界を発生するように構成され、各増幅器毎の前記それぞれの第一および第二センサが、異なるオブジェクト位置が異なる組合せの増幅器に出力を発生し、それによって異なる増幅器の組合せを個々のセンサに復号することができるように選択される請求項１４の装置。
【請求項１７】
前記センサの信号の位相を検出し、それによって異なるセンサからの信号を区別するようにさらに構成される請求項１４の装置。
【請求項１８】
差動増幅器の前記配列が、各々第一差動入力および第二差動入力を有する複数の差動増幅器を含み、前記差動入力の各々が少なくとも二つの出力に接続され、前記少なくとも二つの出力の各々がそれぞれ非隣接センサに関連付けられる請求項１の装置。
【請求項１９】
各オブジェクトが、幾つかの隣接センサに影響を及ぼすことができる電界を発生するように構成され、各増幅器毎の前記それぞれ非隣接のセンサが、異なるオブジェクト位置が異なる組合せの増幅器に出力を発生し、それによって異なる増幅器の組合せを個々のセンサに復号することができるように選択される請求項１８の装置。
【請求項２０】
前記センサの信号の位相を検出し、それによって異なるセンサからの信号を区別するようにさらに構成される請求項１８の装置。
【請求項２１】
前記差動入力の各々が少なくとも二つの出力に接続され、前記少なくとも二つの出力の各々がそれぞれ非隣接センサに関連付けられる請求項１４の装置。
【請求項２２】
前記オブジェクトが受動オブジェクトであり、デジタイザが、前記オブジェクトに励振信号を送り、それによって前記オブジェクトを付勢して電界を発生させるように前記スクリーン付近に配置された、励振配列をさらに備える請求項１の装置。
【請求項２３】
前記励振配列が、動的可変周波数の前記励振信号を発生するように制御可能である請求項２２の装置。
【請求項２４】
前記励振配列が、動的可変振幅の前記励振信号を発生するように制御可能である請求項２２の装置。
【請求項２５】
前記励振配列が、動的可変励振期間を提供するように制御可能である請求項２２の装置。
【請求項２６】
前記励振信号の出力中に検出のブランキングのためにブランキング制御能力をさらに備える請求項２２の装置。
【請求項２７】
前記ブランキング制御能力が、前記励振信号の出力後の予め定められた遅延の間前記ブランキングを続けるように作動可能である請求項２６の装置。
【請求項２８】
個々のセンサ間の導電性の差が符号化される補償データベースをさらに備える請求項１の装置。
【請求項２９】
前記感知配列の電磁干渉の固定変化が符号化される補償データベースをさらに備える請求項１の装置。
【請求項３０】
前記補償データベースがさらに、前記センサ配列の電磁干渉の固定変化を符号化する請求項２８の装置。
【請求項３１】
前記オブジェクトの直前の移動のデータを格納し、前記オブジェクトの現在の位置決定の処理に前記データを使用するためのオブジェクト移動履歴配列をさらに備える請求項１の装置。
【請求項３２】
前記処理が、前の測定位置からのユーザの可能な手の動きに応じてフィルタリングすることを含む請求項３１の装置。
【請求項３３】
前記処理が、前の測定位置からのユーザの可能性の高い手の動きに応じてフィルタリングすることを含む請求項３１の装置。
【請求項３４】
前記処理が前記オブジェクトの軌跡の平滑化を含む請求項３１の装置。
【請求項３５】
前記オブジェクト移動履歴配列のデータを使用して前記オブジェクトの将来の軌跡を予測するために、前記オブジェクト移動履歴配列に関連付けられる予測器をさらに含む請求項３１の装置。
【請求項３６】
前記予測器付きの前記オブジェクト移動履歴配列が低速移動トラッカを備え、前記オブジェクトを追跡するための高速移動トラッカがさらに設けられ、前記装置が前記高速移動トラッカの出力を前記オブジェクトの軌跡として最初に設定し、その後前記低速移動トラッカを使用して前記軌跡を補正するように作動可能である請求項３５の装置。
【請求項３７】
前記オブジェクトが指数関数的に減衰する信号を発生し、デジタイザが、前記減衰信号に逆の指数関数的に立ち上がる信号を乗算し、それによって周波数サイドローブを相殺し、前記デジタイザの周波数分解能を高めるための信号乗算機能をさらに備える請求項１の装置。
【請求項３８】
検出された時間領域信号を周波数領域信号に変換するための変換機能をさらに備え、変換機能が、検出される周波数の見込み数に応じて変換型を選択するように作動可能である請求項１の装置。
【請求項３９】
検出された時間領域信号を周波数領域信号に変換するための変換機能をさらに備え、変換機能が、検出される周波数の現在の数に応じて変換型を動的に選択するように作動可能である請求項１の装置。
【請求項４０】
選択のための前記変換型は高速フーリエ変換および離散フーリエ変換を含む請求項３８の装置。
【請求項４１】
動的選択のための前記変換型は高速フーリエ変換および離散フーリエ変換を含む請求項３９の装置。
【請求項４２】
前記しきい値に対して高い個数の周波数の場合の前記高速フーリエ変換と前記しきい値に対して低い個数の周波数の場合の前記離散フーリエ変換とを切り替えるための周波数のしきい個数を設定するために、前記変換機能に関連付けられるスレショルダを備える請求項４１の装置。
【請求項４３】
正面先端を有する外部スタイラス形筺体と、
予め定められた共振周波数を有する共振器配列と、
前記正面先端の近傍に電界集中を形成するために前記共振器配列がそれを跨いで結合される前記先端の間隙と、
を備えたデジタイザ用の受動スタイラス。
【請求項４４】
フェライトコイルをさらに備える請求項４３の受動スタイラス。
【請求項４５】
前記共振器が前記先端から離して配置され、導体を介してそれに結合される請求項４３の受動スタイラス。
【請求項４６】
前記共振器配列が前記予め定められた共振周波数を変更して前記スタイラスの様々なモード設定を示すことに寄与する、切替可能な構成部品をさらに備える請求項４３の受動スタイラス。
【請求項４７】
前記スタイラスの様々なモード設定に応じて、前記電界の検出可能な変動を達成するための変調器をさらに備える請求項４３の受動スタイラス。
【請求項４８】
前記正面先端とは離れた第二端に配置された背面先端を備え、前記背面先端まで導体配列が延在する請求項４３の受動スタイラス。
【請求項４９】
前記背面先端の近傍の形状が、前記正面先端の電界の形状とは異なり、それによって前記正面先端と前記背面先端との間に検出可能な相違が提供される請求項４８の受動スタイラス。
【請求項５０】
前記共振器配列が前記予め定められた共振周波数を変更して前記スタイラスの様々なモード設定を示すことに寄与する、前記背面先端に関連付けられる切替可能な構成部品をさらに備える請求項４８の受動スタイラス。
【請求項５１】
前記検出可能な変化が、前記電界の前記間隙への結合の可変遅延である請求項４７の受動スタイラス。
【請求項５２】
前記正面先端に関連付けられる通常閉スイッチをさらに備える請求項４３の受動スタイラス。
【請求項５３】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンを有する電子装置とユーザ対話するためのデジタイザであって：
オブジェクトからの電子信号を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された透明な感知グリッドであって、複数の出力を有するグリッドと、
各増幅器が前記感知グリッドの少なくとも二つの出力に接続されて前記少なくとも二つの出力の関数である出力信号を発生するように構成された、増幅器の配列と、
を備えたデジタイザ。
【請求項５４】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザであって：
前記オブジェクトの電界を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
前記出力に関連付けられる増幅器の配列と、
前記受動オブジェクトが前記電界を生成または発生することを可能にする前記受動オブジェクトのための励振信号を発生するための励振配列であって、前記励振信号が生成または発生されるサンプリングレートを変更するように動的に制御可能な励振配列と、
を備えたデジタイザ。
【請求項５５】
前記オブジェクトの状態を検出し、それによって前記サンプリングレートの前記動的制御を実行する状態検出器をさらに備える請求項５４のデジタイザ。
【請求項５６】
前記状態検出器が、ユーザ切替状態、前記オブジェクトと表面の接触状態、前記オブジェクトと前記スクリーンの接触状態、右クリック、およびイレーザ動作を含む群の少なくとも一つを検出するように作動可能である請求項５５のデジタイザ。
【請求項５７】
存在するオブジェクト周波数の個数を検出する周波数検出器をさらに備え、前記個数が前記サンプリングレートの前記動的制御に使用可能である請求項５４のデジタイザ。
【請求項５８】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザであって：
前記オブジェクトの電界を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
前記出力に関連付けられる増幅器の配列と、
前記受動オブジェクトが前記電界を生成することを可能にするために前記受動オブジェクト用の励振信号を生成し発生するための励振配列と、
を備え、
増幅器の前記配列が前記励振信号の発生中に検出するのを防止するように、増幅器の前記配列が前記励振配列に関連してブランキング期間を制御可能であるデジタイザ。
【請求項５９】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンとオブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザであって：
前記オブジェクトの電界を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
前記出力に関連付けられる増幅器の配列であって、各増幅器が少なくとも二つのそれぞれ非隣接センサの出力に接続され、各増幅器毎の前記それぞれの非隣接センサは、異なるオブジェクト位置が増幅器の異なる組合せに出力を生成し、それによって異なる増幅器の組合せが個々のセンサに復号されることを可能にするように構成された増幅器の配列と、
を備えたデジタイザ。
【請求項６０】
電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザであって：
前記オブジェクトの電界を検出するために前記電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
前記出力に関連付けられる増幅器の配列と、
前記受動オブジェクトが前記電界を生成することを可能にするために前記受動オブジェクト用の励振信号を生成するための励振配列であって、前記励振信号の特性を変更するように動的に制御可能な励振配列と、
を備えたデジタイザ。
【請求項６１】
前記特性が周波数、振幅、および位相の一つである請求項６０のデジタイザ。
【請求項６２】
前記配列が前記オブジェクトの状態を使用して、前記動的に制御可能な特性を設定するように作動可能である請求項６０のデジタイザ。
【請求項６３】
前記状態が、ユーザ切替状態、前記オブジェクトと表面の接触状態、前記オブジェクトと前記スクリーンの接触状態、前記オブジェクトの現在の速度、前記オブジェクトの現在の加速状態、および前記オブジェクトの現在の向きの少なくとも一つを含む請求項６２のデジタイザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明デジタイザに関し、さらに詳しくは、コードレススタイラスまたは類似の入力装置を備えた透明デジタイザに関するが、それに限定されない。
【０００２】
Ｇａｍａｌｏｎｇ社の米国特許出願第０９／６２８，３３４号「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｂｊｅｃｔ  Ｌｏｃａｔｉｏｎ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  ａ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ  ｕｓｉｎｇ  ｔｈｅ  ｓａｍｅ」は、平面型表示装置上の物理的オブジェクトの位置を決定するための電磁的方法、換言すると、電子装置の作動中の表示スクリーンに組み込むことのできるデジタイザを記載しており、その内容を参照として本明細書に組み込む。本開示はさらに、透明センサに基づくデジタイザを組み込むためのさらなる技術的方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
タッチ技術は、様々な製品のための入力装置として一般的に使用されている。様々な種類のタッチ装置の利用は、ウェブパッド、ウェブタブレット、ＰＤＡ、タブレットＰＣ、およびワイヤレス平面型表示装置のような新しいモバイル装置の出現のため、急速に増加している。これらの新しい装置は通常、それらの移動性を制限すると考えられる標準的キーパッド、マウス、または類似の入力装置に接続されない。代わりに、いずれかの種類のタッチ入力技術を使用する傾向がある。
【０００４】
タブレットＰＣのような装置はスタイラスに基づく入力装置を使用し、コンピューティングツールとしてのタブレットＰＣの使用は、スタイラス入力装置の能力に依存する。該入力装置は、手書き認識および完全なマウスエミュレーション、例えばホバリング、右クリック等をサポートする精度を有する。これらの新しいモバイル装置の製造者および設計者は、スタイラス入力システムが様々な電磁技術に基づくことができ、それは解像度、高速の更新速度、およびマウスの機能性の点で、コンピュータツールの非常に高い性能要件を満たすことができると判断した。しかし、一般的に、使用されているスタイラスシステムはタブレットに基づいており、つまりスタイラスは、それ自体スクリーンではないタブレット上を移動する。過去に、不透明な電磁デジタイザ技術を透明な平面型表示装置と組み合わせる試みがあった。ワコムの米国特許第６，００５，５５５号は、二層の直交導電ループを備えたデジタイザを記載している。一組の導電ループは励振信号を伝送するために使用される一方、直交組のループは振動を受け取るために使用される。しかし、ワコムシステムの要件はループ内の高い導電性である。したがってワコムの方法は、標準的金属導体から作られたループを使用しなければならず、透明な導電線の抵抗は非常に高いので、透明な導電箔と共に使用することができない。高抵抗導電ループを使用してスタイラスを付勢するには、１ＫＶを超える特に高い電圧入力が要求され、それはこの解決策を実施不能にする。しかし、透明な導電材を使用しなければ、ワコムの解決策は単にディスプレイを見難くするのに成功するだけである。
【０００５】
ディスプレイの見難さを克服する一つの方法は、ディスプレイの背後にワコムの不透明なセンサを配置することである。したがって、センサは表示装置のＦＰＤバックライトと電子ボードとの間に配置することができる。したがって、ＦＰＤ装置への不透明なセンサの組込みは非常に複雑かつ費用のかかるプロセスである。そのような装着は一般的に、装置内のノイズを発生する構成部品の遮蔽を必要とし、時には、ＦＰＤ構造に特殊スロットを作成し、その中にセンサを装着することを必要とする。
【０００６】
不透明なセンサは、それが表示装置の背後に配置された場合、その位置を決定することが試みられるスタイラスの先端から必然的に比較的遠くなる。センサからの比較的長い距離のため、不透明なセンサは視差を免れず、スタイラスの不正確な位置決定を導く。スタイラスが表示装置に対して斜めに保持された場合、位置決定は特に不正確になる。つまり、視差の影響が特に大きくなる。さらに、手書きの検出のような用途では、システムはスタイラスがスクリーンに対して斜めに保持されることに寛容であることが要求される。
【０００７】
さらに、再びセンサからの比較的長い距離のため、背後に装着されたセンサは、スタイラスがセンサの縁近くに保持されたときに、スタイラスの不正確な位置決定を免れない。
【０００８】
要約すると、センサからの比較的長い距離のため、およびさらに構成部品がセンサとスタイラスとの間に配置される可能性のある電子的に能動的な構成部品の個数のため、背後装着センサは信頼できる位置決定分解能を達成することができない。
【０００９】
過去に、背後装着センサの不利な点を、透明な箔に基づくセンサの実現によって克服する試みがなされた。センサは透明であるので、それはスクリーンの前に装着することができる。しかし、そのような検出器は、不透明な導体に比較して高い抵抗を有する透明な導体に依存する。クルタの米国特許第５，３８１，１６０号は、透明な二層の直交導体を備えた箔を開示している。クルタの開示は、上述した導体の高い抵抗に鑑みて発生する問題の解決策、すなわち、その位置が決定される物理的オブジェクトを、高い抵抗にも拘らず、いかに励振させるかを記載する。解決策は単に、それ自体のバッテリによって内部から付勢される能動スタイラスを使用するだけである。したがってスタイラスは外部励振の必要が無い。しかし、能動的なバッテリ電源方式のスタイラスは一般的に、多くの理由から満足のいく解決策とみなされない。例えば、能動スタイラスは連続的な保守を必要とし、作業を停止し、それによってコンピュータ装置全体を作動不能にすることさえあり得る。また、能動スタイラスは再充電を必要とし、受動デバイスより高い費用がかかる。したがって、能動スタイラスは現在、モバイル消費者市場には受け入れられていない。
【００１０】
上述したＧａｍａｌｏｎｇの出願は、透明な箔に基づく受動スタイラス用のセンサを開示し、そこでは別個の励振コイルがスクリーン付近に配置される。その位置が検出されるスタイラスまたは他のオブジェクトは、共振回路を備える。共振回路は励振コイルによって励振されて電界を発生し、電界は透明な箔上の比較的高抵抗の検出導体によって検出される。しかし、問題は、電界に基づく検出が電子表示スクリーンの表面で実行され、スクリーンの表面が、電磁気的活動の観点から比較的高ノイズ環境であるということである。高ノイズ環境は必然的にデジタイザの分解能レベルを低減させる。
【００１１】
したがって、上記の限界を持たないスタイラスに基づく透明デジタイザの必要性が広く認識されており、それを持つことは非常に有利である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、高ノイズ環境で透明なセンサを受動スタイラスと一緒に効果的に使用することを可能にすることである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、不透明なセンサの使用から発生する不利な点を克服するために、ＬＣＤまたはＯＬＥＤのような平面型表示装置（ＦＰＤ）の上に装着された透明な箔センサの効果的な使用を可能にすることである。
【００１４】
本発明の一般的目的は、不透明なセンサをスクリーンの背後に装着することに関係する複雑かつしたがって高価につく組込みプロセスの不利な点を、簡単な方法でＦＰＤの前に組み込むことができる透明なセンサの使用を可能にすることによって克服することである。
【００１５】
本発明の一般的目的は、スタイラスの先端の比較的近くに配置することができる透明なセンサの使用を可能にすることによって、視差の問題を克服することである。
【００１６】
本発明の一般的目的は、センサの縁に配置されたスタイラスを検出する際の不正確さの縁部の問題を、スタイラスの先端の非常に近くに配置することができる透明なセンサの使用を可能にすることによって克服することである。
【００１７】
本発明の一般的目的は、能動電子部品によって増強されるセンサとスタイラスとの間の分離による低分解能の問題を、スタイラスの先端の非常に近くに配置することができる透明なセンサの使用を可能にすることによって克服することである。
【００１８】
本発明の一般的目的は、検出グリッドのグラニュラリティを超える精度のレベルの正確なスタイラスの位置決定を達成し、可能な限りノイズの無い正確なスタイラスの位置決定を達成することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の一態様では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと一緒にオブジェクトの位置決定を介してユーザ対話を行なうための装置において、
オブジェクトの位置を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
出力に関連付けられる差信号であって、出力の少なくとも二つの間の差を表わす差信号を生成するための増幅器の配列と、
を備え、信号を対話で使用するように作動可能な装置
を提供する。
【００２０】
増幅器は差動増幅器であることが好ましく、検出器の配列は電界を検出するように構成することが好ましい。
【００２１】
電子的にリフレッシュ可能な表示装置は、平面型表示装置を備えることが好ましい。
【００２２】
一般的に、オブジェクトはスタイラスのようなポインティング装置である。代替的に、オブジェクトはゲーミング部品とすることができる。装置は平面型表示装置に組み込むことが好ましい。必要に応じて、それはモバイルコンピュータに組み込むための付属品として設けることができる。
【００２３】
透明な感知配列は少なくとも一つの有機導電箔を含むことが好ましい。
【００２４】
一実施形態では、透明な感知配列は少なくとも一つのＩＴＯ箔を含む。
【００２５】
装置は、感知配列のセンサと増幅器配列との間に接続された少なくとも一つの高域通過増幅器を含むことができる。
【００２６】
装置は格子状の直線センサを含むことができる。
【００２７】
好ましくは、差動増幅器の配列は、各々第一差動入力および第二差動入力を有する複数の差動増幅器を含み、第一差動入力は第一センサの出力に接続され、第二差動入力は第一センサのスタイラス有効電界を越える位置にある第二センサの出力に接続される。
【００２８】
好ましくは、第二センサは、第一センサのスタイラス有効電界を越えて最小距離位置にある。
【００２９】
好ましくは、各オブジェクトは、幾つかの隣接センサに影響を及ぼすことができる電界を発生するように構成され、各増幅器毎のそれぞれの第一および第二センサは、異なるオブジェクト位置が異なる組合せの増幅器に出力を発生し、それによって異なる増幅器の組合せを個々のセンサに復号することができるように選択される。
【００３０】
装置は、センサの信号の位相を検出し、それによって異なるセンサからの信号を区別するように構成することができる。
【００３１】
好ましくは、差動増幅器の配列は、各々第一差動入力および第二差動入力を有する複数の差動増幅器を含み、差動入力の各々は少なくとも二つの出力に接続され、少なくとも二つの出力の各々がそれぞれ非隣接センサに関連付けられる。
【００３２】
好ましくは、各オブジェクトは、幾つかの隣接センサに影響を及ぼすことができる電界を発生するように構成され、各増幅器毎のそれぞれ非隣接のセンサは、異なるオブジェクト位置が異なる組合せの増幅器に出力を発生し、それによって異なる増幅器の組合せを個々のセンサに復号することができるように選択される。
【００３３】
装置は、センサの信号の位相を検出し、それによって異なるセンサからの信号を区別するように構成することができる。
【００３４】
好ましくは、差動入力の各々は少なくとも二つの出力に接続され、少なくとも二つの出力の各々がそれぞれ非隣接センサに関連付けられる。
【００３５】
好ましくは、オブジェクトは受動オブジェクトであり、デジタイザは、オブジェクトに励振信号を送り、それによってオブジェクトを付勢して電界を発生させるようにスクリーン付近に配置された、励振配列をさらに備える。
【００３６】
好ましくは、励振配列は、動的可変周波数の励振信号を発生するように制御可能である。
【００３７】
好ましくは、励振配列は、動的可変振幅の励振信号を発生するように制御可能である。
【００３８】
好ましくは、励振配列は、動的可変励振期間を提供するように制御可能である。
【００３９】
装置は、励振信号の出力中に検出のブランキングのためにブランキング制御能力を備えることができる。
【００４０】
好ましくは、ブランキング制御能力は、励振信号の出力後の予め定められた遅延の間ブランキングを続けるように作動可能である。
【００４１】
装置は、個々のセンサ間の導電性の差が符号化される補償データベースを備えることができる。
【００４２】
装置は、感知配列の電磁干渉の固定変化が符号化される補償データベースを備えることができる。
【００４３】
好ましくは、補償データベースはさらに、センサ配列の電磁干渉の固定変化を符号化する。
【００４４】
装置は、オブジェクトの直前の移動のデータを格納し、オブジェクトの現在の位置決定の処理に該データを使用するためのオブジェクト移動履歴配列を備えることができる。
【００４５】
好ましくは、処理は、前の測定位置からのユーザの可能な手の動きに応じてフィルタリングすることを含む。
【００４６】
好ましくは、処理は、前の測定位置からのユーザの可能性の高い手の動きに応じてフィルタリングすることを含む。
【００４７】
好ましくは、処理はオブジェクトの軌跡の平滑化を含む。
【００４８】
装置は、オブジェクト移動履歴配列のデータを使用してオブジェクトの将来の軌跡を予測するために、オブジェクト移動履歴配列に関連付けられる予測器を含むことができる。
【００４９】
好ましくは、予測器付きのオブジェクト移動履歴配列は低速移動トラッカを備え、オブジェクトを追跡するための高速移動トラッカがさらに設けられ、装置は高速移動トラッカの出力をオブジェクトの軌跡として最初に設定し、その後低速移動トラッカを使用して軌跡を補正するように作動可能である。
【００５０】
好ましくは、オブジェクトは指数関数的に減衰する信号を発生し、デジタイザは、減衰信号に逆の指数関数的に立ち上がる信号を乗算し、それによって周波数サイドローブを相殺し、デジタイザの周波数分解能を高めるための信号乗算機能をさらに備える。
【００５１】
装置は、検出された時間領域信号を周波数領域信号に変換するための変換機能を備えることができ、変換機能は、検出される周波数の見込み数に応じて変換型を選択するように作動可能である。
【００５２】
装置は、検出された時間領域信号を周波数領域信号に変換するための変換機能を備えることができ、変換機能は、検出される周波数の現在の数に応じて変換型を動的に選択するように作動可能である。
【００５３】
好ましくは、選択のための変換型は高速フーリエ変換および離散フーリエ変換を含む。
【００５４】
好ましくは、動的選択のための変換型は高速フーリエ変換および離散フーリエ変換を含む。
【００５５】
装置は、しきい値に対して高い個数の周波数の場合の高速フーリエ変換としきい値に対して低い個数の周波数の場合の離散フーリエ変換とを切り替えるための周波数のしきい個数を設定するために、変換機能に関連付けられるスレショルダを備えることができる。
【００５６】
本発明の第二態様では、デジタイザ用の受動スタイラスであって、
正面先端を有する外部スタイラス形筺体と、
予め定められた共振周波数を有する共振器配列と、
正面先端の近傍に電界集中を形成するために共振器配列がそれを跨いで結合される先端の間隙と、
を備えたスタイラスを提供する。
【００５７】
スタイラスはフェライトコイルを備えることができる。
【００５８】
好ましくは、共振器は先端から離して配置され、導体を介してそれに結合される。
【００５９】
装置は、共振器配列が予め定められた共振周波数を変更してスタイラスの様々なモード設定を示すことに寄与する、切替可能な構成部品を備えることができる。
【００６０】
装置は、スタイラスの様々なモード設定に応じて、電界の検出可能な変動を達成するための変調器を備えることができる。
【００６１】
スタイラスは、正面先端とは離れた第二端に配置された背面先端を備えることができ、該背面先端まで導体配列が延在する。
【００６２】
一実施形態では、背面先端の近傍の形状は、正面先端の電界の形状とは異なり、それによって正面先端と背面先端との間に検出可能な相違が提供される。
【００６３】
共振器配列が予め定められた共振周波数を変更してスタイラスの様々なモード設定を示すことに寄与する、背面先端に関連付けられる切替可能な構成部品を備えることができる。
【００６４】
好ましくは、検出可能な変化は、電界の間隙への結合の可変遅延である。
【００６５】
装置は、正面先端に関連付けられる通常閉スイッチを備えることができる。
【００６６】
本発明の第三の好適な実施形態では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンを有する電子装置とユーザ対話するためのデジタイザにおいて、
オブジェクトからの電子信号を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された透明な感知グリッドであって、複数の出力を有するグリッドと、
各増幅器が感知グリッドの少なくとも二つの出力に接続されて該少なくとも二つの出力の関数である出力信号を発生するように構成された、増幅器の配列と、
を備えたデジタイザを提供する。
【００６７】
本発明の第四の好適な実施形態では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザにおいて、
オブジェクトの電界を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
出力に関連付けられる増幅器の配列と、
受動オブジェクトが電界を生成または発生することを可能にする受動オブジェクトのための励振信号を発生するための励振配列であって、励振信号が生成または発生されるサンプリングレートを変更するように動的に制御可能な励振配列と、
を備えたデジタイザを提供する。
【００６８】
好ましくは、オブジェクトの状態を検出し、それによってサンプリングレートの動的制御を実行する、状態検出器が設けられる。
【００６９】
好ましくは、状態検出器は、ユーザ切替状態、オブジェクトと表面の接触状態、オブジェクトとスクリーンの接触状態、右クリック、およびイレーザ動作を含む群の少なくとも一つを検出するように作動可能である。
【００７０】
デジタイザは、存在するオブジェクト周波数の個数を検出する周波数検出器を備えることができ、該個数はサンプリングレートの動的制御に使用可能である。
【００７１】
本発明の第五の好適な実施形態では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザにおいて、
オブジェクトの電界を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
出力に関連付けられる増幅器の配列と、
受動オブジェクトが電界を生成することを可能にするために受動オブジェクト用の励振信号を生成し発生するための励振配列と、
を備え、
増幅器の配列が励振信号の発生中に検出するのを防止するように、増幅器の配列が励振配列に関連してブランキング期間を制御可能である、
デジタイザを提供する。
【００７２】
本発明の第六の好適な実施形態では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンとオブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザにおいて、
オブジェクトの電界を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
出力に関連付けられる増幅器の配列であって、各増幅器が少なくとも二つのそれぞれ非隣接センサの出力に接続され、各増幅器毎のそれぞれの非隣接センサは、異なるオブジェクト位置が増幅器の異なる組合せに出力を生成し、それによって異なる増幅器の組合せが個々のセンサに復号されることを可能にするように構成された増幅器の配列と、
を備えたデジタイザを提供する。
【００７３】
本発明の第七の好適な実施形態では、電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンと電子的受動オブジェクトを介してユーザ対話するためのデジタイザにおいて、
オブジェクトの電界を検出するために電子的にリフレッシュ可能な表示スクリーンに配置された検出器であって、出力を有する検出器の透明な感知配列と、
出力に関連付けられる増幅器の配列と、
受動オブジェクトが電界を生成することを可能にするために受動オブジェクト用の励振信号を生成するための励振配列であって、励振信号の特性を変更するように動的に制御可能な励振配列と、
を備えたデジタイザを提供する。
【００７４】
好ましくは、特性は周波数、振幅、および位相の一つである。
【００７５】
好ましくは、配列はオブジェクトの状態を使用して、動的に制御可能な特性を設定するように作動可能である。
【００７６】
好ましくは、状態は、ユーザ切替状態、オブジェクトと表面の接触状態、オブジェクトとスクリーンの接触状態、オブジェクトの現在の速度、オブジェクトの現在の加速状態、およびオブジェクトの現在の向きの少なくとも一つを含む。
【００７７】
特に異なる定義をしない限り、本書で使用する技術および科学用語は全て、本発明が属する技術分野の当業者が一般的に理解するのと同じ意味を持つ。本書で提供する材料、方法、および例は単なる例証であって、限定する意図は無い。
【００７８】
本発明の方法およびシステムの実現は、選択されたタスクまたはステップを手動的に、自動的に、またはそれらを組み合わせて実行または完了することを含む。さらに、本発明の方法およびシステムの好適な実施形態の実際の計装化および装備では、幾つかの選択されたステップをハードウェアによって、またはいずれかのファームウェアのいずれかのオペレーティングシステム上のソフトウェア、またはそれらの組合せによって、実現することができる。例えば、ハードウェアとしては、本発明の選択されたステップは、チップまたは回路として実現することができる。ソフトウェアとしては、本発明の選択されたステップは、適切なオペレーティングシステムを使用してコンピュータによって実行される複数のソフトウェア命令として実現することができる。いずれの場合も、本発明の方法およびシステムの選択されたステップは、複数の命令を実行するためのコンピューティングプラットフォームのような、データプロセッサによって実行されると記載することができる。
【００７９】
本発明をここで、単なる例として添付の図面を参照しながら説明する。今、図面について具体的に言及すると、図示する特定の詳細は例であって、本発明の好適な実施形態の例証的説明のみを目的としており、本発明の原理および概念的側面についての最も有用かつ容易に理解できる説明と信じられるものを提供するために提示することを強調しておく。これに関連して、本発明の基本的理解に必要である以上に詳細に本発明の構造上の細部を示すことは企てず、図面に即して行なう説明は、本発明の幾つかの形態を実際にいかに具現するかを当業者に明らかにするものである。
図１は本発明の第一の好適な実施形態に係るデジタイザの簡易ブロック図である。
図２は図１のスタイラス、センサ、および励振コイルを示し、好適な実施形態の一般原理を記載する簡易概略図である。
図３は図１のデジタイザと共に使用するためのセンサの好適な実施形態を示す簡易図である。
図４はポリエステルＰＥＴ箔の下面に水平導体が、その上面に垂直導体がパターン形成された、図１の実施形態と共に使用するためのセンサの一箔構成である。
図５は本発明の好適な実施形態に係る、図１のフロントエンドユニットの内部構成を示す簡易概略図である。
図６はグリッドの個々のセンサを差動増幅器に接続するためのスキームを示す簡易概略図である。
図７は図６のスキームの変形を示す簡易概略図である。
図８は図１のデジタル処理ユニット２０の好適な実施形態の内部構造の簡易ブロック図である。
図９は本発明の好適な実施形態に係るスタイラスの内部構造の簡易図である。
図１０は図９のスタイラスの簡易回路図である。
図１１は図９のスタイラスの代替的回路図を示す簡易図である。
図１２は本発明の好適な実施形態の基本デューティサイクルを示す、時間に対する波形の簡易グラフである。
図１３は本発明の一実施形態に従って現在の位置を決定するために感知デ−タを処理するための手順を示す簡易フローチャートである。
図１４は三本の感知線に近接して配置され、感知線にそれぞれ信号を生成するスタイラスを示す簡易図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
本発明の実施形態は、平面型表示装置の上にスタイラスまたはゲームトークンのような物理的オブジェクトを位置決定しかつ識別するための方法および装置を開示する。物理的オブジェクトの位置は、好ましくはディスプレイの上に装着された電磁的透明デジタイザによって感知される。物理的オブジェクトは好ましくは受動素子であり、つまり、それらはいかなる種類の内部電源も含まない。受動素子は、実質的に透明センサ付近に位置する不透明な励振コイルによって付勢される。透明センサは感知グリッドまたは感知ループの配列を備え、その出力は感知増幅器に接続される。一つの好適な実施形態では、感知増幅器は差動増幅器であり、一つの好適な実施形態では、各感知増幅器はグリッドからの少なくとも二つの非隣接出力に接続される。
【００８１】
さらなる好適な実施形態は、尖鋭でありしたがってより容易に検出可能な電界を提供するために先端内へのワイヤの突出が行なわれる受動スタイラスを配列を備える。先端における電界の集中は、電界をノイズからより容易に区別することを可能にし、したがってデジタイザの分解能を改善する。
【００８２】
本発明に係る透明デジタイザの原理および動作は、図面および付随する説明を参照することにより、いっそうよく理解することができる。
【００８３】
本発明の少なくとも一つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその適用を以下の説明に記載または図面に示す構成部品の構成および配列の詳細に限定されないことを理解すべきである。本発明は他の実施形態が可能であり、あるいは様々な方法で実施または実行することができる。また、本書で使用する語法および専門用語は、説明を目的とするものであって、限定とみなすべきではないことを理解すべきである。
【００８４】
本発明の実施形態の好適な用途は、平面型表示装置（ＦＰＤ）スクリーンを使用するモバイルコンピューティング装置用の透明なデジタイザである。本発明の実施形態のデジタイザは、一つまたはそれ以上のスタイラスの位置を非常に高い分解能および更新レートで検出する。スタイラスは、ポインティング、ペインティング、手書き認識用途を含む筆記、および消去を含め、どんな標準的なスタイラスの用途にも適用可能であり、またスタイラスに基づくことができる他のどんな動作にも適用することができる。スタイラスはデジタイザと一緒に、例えば完全なマウスエミュレーションをサポートすることができる。典型的なマウスエミュレーション適用例では、スタイラスがＦＰＤ上でホバリングしている限り、マウスカーソルはスタイラス位置に追従する。スクリーンに触れることはマウスの左クリックと同等であり、スタイラスに位置するスイッチは右クリック操作をエミュレートする。完全または部分的マウスエミュレーションのみならず、様々な実施形態は、イレーザ、色の変更等のような様々な追加機能をサポートすることができる。
【００８５】
好適な実施形態では、デジタイザはＲＳ２３２のようなシリアルリンクを使用して、ホストコンピュータと通信する。しかし、異なる実施形態では、デジタイザはＵＳＢまたはいずれかの他の種類の通信を介して通信することができる。一部の実施形態では、デジタイザは、赤外線、超音波、またはＲＦにもとづくようなワイヤレスリンクを使用して、ホストと通信することさえできる。
【００８６】
好適な実施形態では、モバイル装置はそれ自体のＣＰＵを有する独立コンピュータシステムである。異なる実施形態では、モバイル装置はシステムの単なる一部とすることができ、例えば、それはパーソナルコンピュータのワイヤレスモバイルスクリーンとすることができる。他の実施形態では、デジタイザは標準デスクトップコンピュータと共に使用することができる。スクリーンに組み込まれたデジタイザは、工場フロアなどの危険な環境におけるコンピュータに特に有用であるかもしれない。
【００８７】
好適な実施形態では、デジタイザはホスト装置のＦＤＰスクリーンの上に組み込まれる。追加の実施形態では、透明デジタイザは、既存のスクリーンの上に配置される付属品として提供することができる。そのような構成は、すでに大量に市場に出回っているラップトップコンピュータに非常に有用になり得る。本発明の実施形態は、既存のラップトップを、手書き、ペインティング、または透明デジタイザによって可能になるいずれかの他の動作をサポートする強力な装置へと変換するために、付属品を含むことができる。
【００８８】
好適な実施形態では、デジタイザは単一のスタイラスをサポートする。しかし、異なる実施形態は、同一スクリーン上で同時に動作する二つ以上のスタイラスをサポートするように使用することができる。そのような構成は、二人以上のユーザが同一の紙状スクリーンに、おそらく同時に、ペインティングまたは筆記を行なうことを必要とする、エンタテインメント用途に非常に有用である。本発明の実施形態はさらに、二つ以上のオブジェクトを検出する必要がある用途、例えば複数の遊戯子を有するゲームに使用することができる。そのようなゲームでは、ディスプレイは例えば特定のゲームのゲーム盤を表示することができる。物理的オブジェクトは、表示されるゲームによって要求される通り、トークン、遊戯子、おもちゃ、シミュレーションフィギュア、および類似物として形作ることができる。透明スクリーンでのゲームをサポートする配列は、Ｇａｍａｌｏｎｇの米国特許出願第０９／６２８，３３４号に記載されており、そこでは遊戯子の各々は異なる共振周波数によって区別される。その内容は、参照として本明細書に組み込まれる。
【００８９】
Ｎ−ｔｒｉｇの米国仮特許出願第６０−３３３，７７０号は、スタイラスを検出するための透明な電磁センサとスクリーン上の指接触の検出用の感圧ストライプとの組合せを記載しており、その内容は、参照として本明細書に組み込まれる。本発明の好適な実施形態では、そのような感圧ストライプを同様に、電磁箔に結合する。他の実施形態では、電磁感知は使用される唯一の感知形態であり、感圧ストライプは省かれる。
【００９０】
好適な実施形態では、デジタイザは、以下でさらに詳しく説明するように、透明スクリーン上に配置された一組の透明箔を使用して実現される。しかし、特定の実施形態は、他の種類の透明センサを使用してまたは不透明センサを使用してでも実現することができる。透明スクリーンを使用しない実施形態の一例は、通常の紙の下に配置される薄いデジタイザであるライトパッド（Ｗｒｉｔｅ  Ｐａｄ）装置である。ユーザは、実際のインクに電磁機能を結合したスタイラスを使用して、紙に書く。ユーザは通常の紙に書き、入力は同時に、データを格納しあるいは分析するために、ホストコンピュータに転送される。紙の厚さであれば、スクリーンの厚さの視差の影響は該当しないことは理解されるであろう。さらに、干渉電子部品によるノイズの影響も該当しない。
【００９１】
本発明をいかに不透明センサに適用することができるかの追加例は、電子エンタテインメントボード（ｅｎｔｅｒｔａｉｎｍｅｎｔ  ｂｏａｒｄ）である。この例では、デジタイザはボードのグラフィック画像の下に取り付けられ、ボードの上に配置された遊戯フィギュアの位置およびアイデンティティを検出する。この場合、グラフィック画像は静的であるが、異なるゲームに切り替えるときのように、時々、手動的に交換することができる。
【００９２】
本発明の一つの好適な実施形態では、不透明センサをＦＰＤの背後に組み込むことができる。そのような実施形態の一例は、ＦＰＤディスプレイを有する電子エンタテインメント装置である。装置はゲームに使用することができ、その過程でデジタイザは遊戯フィギュアの位置およびアイデンティティを検出する。それはまたペインティングおよび／または筆記にも使用することができ、デジタイザは一つまたはそれ以上のスタイラスを検出することが要求される。多くの場合、用途に高性能が不可欠でなければ、不透明センサとＦＰＤの構成で十分であり得る。
【００９３】
概要
今、図１を参照すると、それは、本発明の第一の好適な実施形態の簡易ブロック図である。デジタイザ配列は表示スクリーンホスト構成１０に適用される。デジタイザ配列はグリッドに基づくセンサ１２を含み、それは透明であることが好ましく、それはＦＰＤ１４の上に配置される。アナログフロントエンドＡＳＩＣ１６はセンサのフレームに取り付けることが好ましい。ＡＳＩＣは、本書で後でさらに詳しく説明するように、グリッドの様々な導体の出力に接続することが好ましい。各フロントエンドは非常に低振幅の信号をセンサ導体の出力として受け取る。透明であるセンサ導体は比較的高い抵抗を有し、出力信号の振幅を限定することを思い起こされたい。ＡＳＩＣ１６は、信号を増幅し、無関係の周波数を識別して除波し、出力をサンプリングしてデジタル表現にし、サンプリングされたデータをデジタル処理装置２０におけるさらなるデジタル処理のためにデータバス１８に転送する回路機構を含む。デジタル処理装置２０は、本書で後でさらに詳しく説明するように、様々なデジタル処理アルゴリズムを実行することに関与する。装置２０によって実行されたデジタル処理の結果は、一つまたはそれ以上の物理的オブジェクトの位置、一般的にスタイラスの位置であることが好ましく、ひとたび決定された結果は、オペレーティングシステムまたはいずれかの現在のアプリケーションによって処理するために、インタフェース２４を介してホスト２２に転送される。好適な実施形態では、デジタル装置は簡単なシリアルインタフェースを介してホストと通信する。ＵＳＢのような追加インタフェースが可能である。
【００９４】
デジタル処理装置２０の追加タスクは、センサ配列および表示スクリーンを取り囲む励振コイル２６に提供されるトリガパルスを生成しかつ管理することである。励振コイルは、スタイラスの受動回路機構を励振させて、後で検出することのできるスタイラスからの応答を生成させるトリガパルスを提供する。
【００９５】
今、図２を参照すると、それはスタイラス、センサおよび励振コイルを示し、かつ好適な実施形態の一般原理を記載する簡易概略図である。図１と同じ部品には同じ参照符号が与えられ、本図の理解に必要な程度以外には、再度説明しない。トリガパルス３０が、センサを取り囲む励振コイル２６に提供される。スタイラス３２は共振回路３４を含み、それは励振コイルによってトリガされ、その共振周波数で振動する。共振周波数で回路は振動を発生し、それは励振パルスの終了後も続き、徐々に減衰する。減衰する振動は、導体のマトリックスまたはグリッド１２を含むセンサ配列によって感知される。正確なスタイラスの配置は、後で説明するように、センサ配列でピックアップされて図１のフロントエンドユニットに出力される低振幅垂直および水平信号から得ることができる。
【００９６】
センサ
今、図３を参照すると、それはセンサ配列の好適な実施形態を示す簡易図である。上述したように、一つの好適な実施形態のセンサ配列は、導線のグリッド１２を含む。グリッドはポリエステル熱可塑性（ＰＥＴ）箔４０にパターン形成された導電性ポリマを含むことが好ましい。グリッドはＰＥＴ層４０によって相互に電気的に分離された二つの別個の層４２および４４を含むことが好ましい。層の一つ４２は、一方向に配列された一組の平行な導体を含む。もう一つの層４４は、第一層のそれに直交する一組の平行な導体を含む。
【００９７】
好適な実施形態では、平行導体は、一端をアナログ増幅器に、他端を高値抵抗器を介して共通接地に接続された直線アンテナ線である。代替実施形態では、一対の導体を一緒に短絡して導電性コイルループを形成する。そのような実施形態では、ループの片側はアナログ増幅器に接続され、ループの反対側は共通接地に接続される。代替的に、ループの場合、ループの両側を差動増幅器の二つの入力に接続することができる。
【００９８】
好適な実施形態では、センサは、ＦＰＤの上に装着するように透明な導電性材料を使用してパターン形成することができる。そのような材料の使用は、センサの最高可能な透明性を可能にする。ユーザは煩わされずにスクリーンを見たいので、導電性センサ領域と非導電性センサ領域との間の視覚的相違を最小化することが好ましい。
【００９９】
柔軟性があり、取扱いが容易であり、かつ導電性領域と非導電性領域との間の視覚的な相違を最小化する解決策として、ＰＥＴ箔上の有機導電性材料を使用することが他の解決策に比べて好ましい。しかし、特定の用途では、異なる考慮事項が適用され、したがって他の透明な導電性材料を使用して実現することを考慮することができる。代替的選択肢の一例は、半導体に基づくインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）である。
【０１００】
好適な実施形態では、導線の抵抗は比較的高く、一本の線で１００Ｋオームを超えることがある。一般的に、透明導体の高い抵抗は、材料の高い透明性に対応する。したがって、本発明の実施形態では、できるだけ高い抵抗レベルのセンサグリッドを使用することが望ましい。しかし、代替実施形態では、センサは通常透明ではない低抵抗導体から構成することができる。
【０１０１】
導体を膜に適用する多数の可能な方法がある。第一の好適な実施形態では、透明センサのパターン形成は、導電性とすることを意図する領域に導電性材料を印刷することによって実現される。換言すると、導体は膜上に印刷される。代替実施形態は、膜上に導電性材料の連続層を形成し、次いで、導電性とすることを意図しない領域から導電性材料を除去することを含む。導電性材料を選択的に除去するための適切な方法も、当該技術分野で周知である。上述した方法は両方とも製造の方法として適切であるが、最初に示した方法の利点は、導体間の事実上の無限抵抗である。第二の場合、エッチングは完全ではないので、導体間の有限漏れ導電性が残る。両方の方法の不利な点は、導電性領域と非導電性領域との間の視覚的相違が比較的目立つことである。
【０１０２】
さらなる実施形態は、導電性領域と非導電性領域との間の視覚的相違を最小化するグリッドを製造する方法を含む。該さらなる実施形態では、前と同様に領域全体に導電性材料を被覆し、次いで非導電性領域を不動態化する。つまり、それらを処理してそれらの抵抗を高める。膜全体に同じ層が存在するので、導電性領域と非導電性領域との間の視覚的相違が最小化される。
【０１０３】
上記プロセスを使用し、導電層を形成した後で抵抗を選択的に高める場合の一つの不利な点は、高い抵抗性が得られるが、依然として絶縁体が不足していることである。したがって該プロセスは、比較的高い寄生インダクタンスおよびパターン形成された線間の漏れ電流を生じる。不動態化プロセス中のパラメータの慎重な選択により、そのような影響を最小化することができる。
【０１０４】
導電性ポリマを被覆し、次いで不動態化する実施形態を検討すると、導電性ポリマを被覆された膜はその後、導電性を維持するように意図された領域、つまり導電性とするように意図された領域に、保護コーティングを被覆される。コーティングは多くの方法で、例えばスクリーン印刷、フォトリソグラフィ等で与えることができる。保護層またはマスキング層を持つ膜は次いで、水洗中の機械的応力を回避するような仕方で、水で洗浄される。洗浄後、それは、当業者には明白であるように、規定された塩素濃度、ＰＨ、温度、および時間において次亜塩素酸塩の溶液の浴に浸漬される。パラメータは、導電性および非導電性の線間の適切なコントラストによる正しい抵抗率の結果を達成するための重要な因子であり、当業者は、これらのパラメータを最適化するために、特定量の実験を実行することができる。次亜塩素酸塩浴後、膜は次いで直ちに一連の蒸留水浴に受け渡されて塩素を除去される。最終的に膜は炉内で乾燥される。
【０１０５】
一例では、使用した次亜塩素酸塩の濃度は０．１％であり、浸漬時間は４５秒であり、温度は２５度であった。三つの蒸留水浴を使用し、５０度で３分間乾燥を実行した。
【０１０６】
好適な実施形態では、導体は１ミリ幅を有し、４ｍｍ間隔で均等に配置された直線である。しかし、用途に応じて、異なるサイズおよび間隔を使用することができる。導体の総数を低減し、したがってエレクトロニクスの複雑さおよびしたがってシステムの価格を低減し、かつ信頼性を高めるためにも、線間のより大きい間隔を選択することができる。他方、より高い分解能をもたらすためには、より小さい間隔を選択することができる。より幅広の線幅は、再び分解能を犠牲にして、導線の抵抗を低減するための選択することができる。
【０１０７】
特定の線によって受信される信号の大きさはその線の抵抗に依存し、スタイラスの位置は、グリッド全体によって受信される信号の相対的大きさによって決定される。したがって、一実施形態では、特定の箔における平行な導体の抵抗は同様であり、最高５％までの許容差が受入れ可能とみなされる。しかし、他の実施形態は、例えば製造コストを低減するために、線インピーダンス間に様々な相違がある状態で、換言すると大きい許容差で、実現することができる。そのような不均一性は、より低い位置決定精度を原則的に導く。しかし、一つの好適な実施形態では、所定の箔の製造に続いて、導体に試験を実行し、異なる導体間で測定された相違を校正するためにデータベースを構築する。それによってシステムは製造許容差を自動的に補償する。そのようなデータベースは手動的に、またはシステムが自動的に作成することができる。そのようなデータベースの自動的作成の一つの方法は、励振コイルを使用して共通信号をセンサに提供し、次いで各々の導体によって受信された信号の大きさを測定することを含む。各々の導体における信号は、許容差が零のときに期待される値と比較され、差がデータベースで符号化される。
【０１０８】
感知装置の構成の問題に戻ると、一実施形態では、透明センサは、三つの異なる箔上に実現される三つの異なる層を使用して構成される。図３に示すように、二つの層４２および４４はセンサグリッド用に、一つはｘ軸導体、一つはｙ軸導体用にそれぞれ使用され、図に４６で示す第三の層は、ハードコーティングおよびグレア防止特性を提供するために使用される。三層の実施形態の利点は全体的な単純さ、および追加的に、容易に入手可能な構成部品を使用してセンサを作成することができることである。該手法の不利な点は、表示スクリーンの前の三つの別個の箔が存在するため、全体的な透明性が比較的低いことである。
【０１０９】
感知配列が単一の箔を用いて構成され、したがって全体的な透明性が改善される、さらなる実施形態について今から説明する。今、図４を参照すると、それはそのような一箔構成を示す。図４で、ポリエステルＰＥＴ箔５０はその下面に水平導体５２が、その上面に垂直導体５４がパターン形成される。上面は適切なコーティングで被覆かつ／または処理され、ハードコーティング層５６を形成し、下面は、一体化または輸送中の損傷を防止するのに役立つ保護層５８が被覆される。
【０１１０】
当業者は、二つの箔に基づく実施形態のような追加の実現が可能であることに気付かれるであろう。
【０１１１】
好適な実施形態では、グリッドはポリエステルＰＥＴ箔上にパターン形成される。しかし、異なる実施形態では、グリッドまたはその一部分、または層のいずれかは、ガラスまたは半導体などの異なる材料、または異なる種類のプラスチック箔にパターン形成することができる。
【０１１２】
好適な実施形態では、センサは、ＰＣＢまたはいずれかの種類のフレキシブル回路から構成された不透明なフレームによって取り囲まれる。フレームは次の構成部品、つまりフロントエンドアナログ構成部品、グリッドをフロントエンドに接続するための導体、フロントエンドをデジタル処理部に接続するための導体、および励振コイルのホストとして働くことが好ましい。
【０１１３】
好適な実施形態では、透明導体は垂直方向（Ｚ）導電性接着剤を使用してフレームに接続される。そのような垂直方向導電性接着剤の一例として、３Ｍコーポレーション製の製品第９７０３号がある。フレームへの確実な接続を達成するために、透明導体の縁に銀パッドを印刷することができる。代替実施形態では、銀パッドは回避することができ、箔を周囲のフレームに直接接続することができる。
【０１１４】
別の好適な実施形態では、フロントエンド構成部品は、透明箔上に直接取り付けられる。この場合、フロントエンドとの間の導体は、透明導電性材料に適用されるパターン形成によって、または銀のような異なる材料を箔上に印刷することによって、実現することができる。
【０１１５】
一つの好適な実施形態では、デジタル処理ユニットは、ケーブルを介してセンサに接続される別個の基板を含む。追加の実施形態では、デジタル処理ユニットの大きさは、センサフレーム上に、または箔の縁にさえも取り付けることができるように、縮小される。
【０１１６】
フロントエンド
今、図５を参照すると、それは、本発明の好適な実施形態に係る図１のフロントエンドユニット１６の内部構成を示す簡易ブロック図である。フロントエンドユニット１６は一連の差動増幅器６０．１〜６０．ｎを含む。差動増幅器はまとめてスイッチ６２．１〜６２．ｍに接続される。スイッチは接続された増幅器の一つからの信号を次のステージに渡す。スイッチは次にフィルタ、増幅器回路６４．１〜６４．ｍおよびＡ／Ｄ変換器６６．１〜６６．ｍに接続される。Ａ／Ｄ変換器は出力バッファ６８に接続され、それはデジタル処理ユニット用の最終出力信号を生成する。
【０１１７】
差動増幅器６０．１〜６０．ｎの各々は、その差動入力の各々を介して、グリッドのセンサの異なる一つに接続されることが好ましい。下で説明するように、単一の差動増幅器に接続される二つのセンサは、隣接センサでないことが好ましい。したがって個々のセンサ信号は、二つのセンサ間の差を示す信号に変換される。差信号は増幅され、スイッチ６２に転送される。各スイッチは四つの増幅器の間に接続され、四つの利用可能な増幅器入力のうちの一つをさらに処理するために選択する。選択された信号はフィルタおよび増幅器６４によって増幅およびフィルタリングされ、その後、Ａ／Ｄ変換器６６によってサンプリングされる。デジタル化されたサンプルは次いでバッファ６８に転送され、処理ユニットに送られる。
【０１１８】
好適な実施形態では、フロントエンドは専用ＡＳＩＣによって実現される。しかし、異なる実施形態では、フロントエンドは容易に入手可能な構成部品から作成することができる。
【０１１９】
図示した好適な実施形態では、各フロントエンドＡＳＩＣは、各々四つの入力を処理する二つの同一チャネルを含むので、図の参照番号で、ｎ＝８およびｍ＝２となる。そのようなＡＳＩＣは二つのＡ／Ｄ変換器、二つのフィルタおよび増幅器ユニット、二つのスイッチ、および八つの差動増幅器を含む。代替実施形態は言うまでもなく、異なるＡＳＩＣ構成を利用することができ、例えば異なる個数のチャネルを各ＩＣに配列することができ、あるいは異なる個数の入力をスイッチの各々に設けることができる。一実施形態では、スイッチを全く省いてしまうことができ、差動増幅器をそれぞれのＡ／Ｄ変換器に直接接続することができる。そのような構成の利点は、増大する複雑さと引き換えにではあるが、全ての入力線を同時にサンプリングすることができることである。完全同時サンプリングは、全ての入力が各励振パルスでサンプリングされ、一回の検出毎に一個の励振パルスが必要なだけであるので、エネルギの節約に役立つ。全ての入力を同時にサンプリングする上記の実施形態の顕著な不利な点は、その比較的高いコストである。
【０１２０】
好適な実施形態では、スイッチ６２はフィルタおよび増幅器６４の前に配置され、したがって冗長な構成部品が節約される。さらに詳しくは、フィルタおよび増幅器６４の前にスイッチを移すことにより、必要なフィルタの総数が８から２に減少する。フィルタは比較的長いセットアップ時間を必要とするので、そのような構成は入力間の高速切替を妨げる。しかし、異なる実施形態では、フィルタおよび増幅器６４が差動増幅器６０に近接するように、スイッチはフィルタおよび増幅器６４の後に配置される。そのような場合、異なる増幅器６０毎に一つのフィルタ６４を設けることが可能である。そのような構成は、入力間の比較的高速の切替が可能である。そのような場合、二つ以上の入力を同時にサンプリングすることができるように、単純なサンプリング手順によって要求されるより数倍高いサンプリングレートを有するＡ／Ｄ変換器を追加することが可能である。
【０１２１】
今、図６を参照すると、それは、グリッドの個々のセンサを差動増幅器に接続するためのスキームを示す簡易概略図である。従前の図と同じ部品には同じ参照番号が付与されており、本図の理解に必要な程度を除いては、再度説明しない。該スキームで、相互に接近しているが隣接していない二つのセンサ線７１および７３が選択される。二つのうちの一方は次いで、差動増幅器７７の正入力に接続され、他方は同じ差動増幅器の負入力に接続される。したがって増幅器は、二つのセンサ線信号間の差の増幅である出力信号を生成することができる。その二つのセンサ線のうちの一つの上にスタイラスを有する増幅器は、比較的高い振幅の出力を生成する。そのような差分に基づくスキームの主な利点は、その本質的なノイズの低減である。対の二つの線が相互に比較的近くに配置されると、両方の線がおそらく同一寄生ノイズおよび他の効果を感知し、したがって、その入力を減算する差動増幅器はそのようなノイズを除去する。同じ増幅器に接続するように選択された二つの入力線の配置は相互にあまり近すぎないことが望ましく、さもなければスタイラス信号のような真の入力信号が両方の線によって感知され、差動増幅器によって除去されることに注意すべきである。したがって、好適なトポロジでは、同一の差分増幅器に接続される線間の物理的距離は、スタイラス送信の有効範囲よりわずかに大きい。その後、デジタル処理装置はサンプリングされた信号の位相を使用して、増幅器の二つの入力のうちのどちらが実際に信号を受信したかを決定することができる。位相が正である場合、スタイラスはおそらく増幅器の正入力に接続された線に隣接し、その逆も然りである。
【０１２２】
代替実施形態では、差動増幅器の代わりに通常の増幅器を使用することができる。そのような場合、センサ線は通常の増幅器の単一の入力に接続される。
【０１２３】
さらなる代替実施形態では、センサ線は、グリッドとして配列される直線ではなく、ループとしてパターン形成することができる。そのような場合、ループの一端は通常に増幅器に、他端は共通接地に接続することができる。代替的に、ループの二つの端を差動増幅器の正および負の接続点に接続することができる。
【０１２４】
好適な実施形態では、センサ線は差動増幅器の入力に直接接続される。しかし、代替実施形態では、入力に時々派生することがある大きいノイズレベルによる入力増幅器の飽和を回避するために、線はフィルタ、好ましくは受動フィルタを介して、接続することができる。
【０１２５】
更なる実施形態について、今から、図７に関連して説明する。それは、図６のスキームの変形を示す略図である。図６と同じ部品には同じ参照番号が付与されており、本図の理解に必要な程度を除いては、再度説明しない。図７の変形では、差動増幅器７７の入力の各々は二つの無関係のセンサ線に接続される。したがって、センサ線７２および７５は両方とも差動増幅器７７の同じ正入力に接続される。スタイラス７８はセンサ線番号２に隣接して配置され、線番号２およびその隣接線７１および７３によってピックアップされる。デジタルユニットは差動増幅器７７からの信号を受信するが、最初は信号源が線７２または７５のどちらであるか分からない。しかし、対応する信号は線７１および７３にもたどることができ、線７４および７６にはできないので、デジタルユニットは信号の正しい発生源を推定することができる。したがって、隣接するセンサは異なる増幅器に接続することが好ましい。さらに、同じ入力に接続された二つのセンサの隣接センサを対応する入力に接続してはならない。
【０１２６】
上述の通り、本発明の実施形態は特に、一般的にバッテリ電源を使用するモバイル装置に適用可能である。したがって、エネルギ消費を最小限に低減することが有益である。フロントエンド構成部品は、様々なエネルギ消費チップの活動をスイッチオフするシャットダウン入力コマンドを含むことが好ましい。次いでデジタル処理ユニットは、フロントエンドが不要になるやいなやシャットダウンコマンドを起動することができる。そのような動作は比較的高い割合で周期的に活動させることができる。
【０１２７】
デジタルユニット
今、図８を参照すると、それは、図１のデジタル処理ユニット２０の好適な実施形態の内部構造の簡易ブロック図である。フロントエンドインタフェース８０は、様々なフロントエンドユニット１６からのサンプリングされた信号のシリアル入力を受け取り、その入力をパラレル表現に構成する。パラレル表現はＤＳＰ８２に転送され、ＤＳＰ８２はサンプリングされたデータを読み出し、スタイラスのような物理的オブジェクトの位置を決定または算出する。算出された位置は次いでリンク、好ましくはシリアルリンク８４を介して、ホストコンピュータに送られる。ＤＳＰ８４を操作するためのコードは、フラッシュメモリ８６に格納することが好ましく、サンプリングされたデータはＲＡＭ８８に格納される。励振コイルに送るための励振パルスはＤＳＰ８４によって生成され、次いでアナログ信号に変換され、出力のためのユニット９０によって増幅される。
【０１２８】
好適な実施形態では、デジタルユニットは、センサフレームまたは箔縁に装着されることが好ましい専用ＡＳＩＣによって実現される。しかし、異なる実施形態では、デジタルユニットは容易に入手可能な構成部品から構成することができる。
【０１２９】
好適な実施形態では、ＤＳＰコアが上述したデジタルユニットを提供する。そのようなＤＳＰコアは信号処理用に調整され、高い更新レートを可能にし、二つ以上のオブジェクトを同時に取り扱うことができる。異なる実施形態では、価格に敏感であり、性能を低下することができる製品の場合、デジタルユニットの処理を行うために、ＤＳＰの代わりに、より安価なマイクロコントローラを選択することができる。
【０１３０】
好適な実施形態では、ＤＳＰの操作コードは、フラッシュメモリに格納される。フラッシュメモリは更新が容易であり、したがって将来の改善を簡単に取り込める。しかし、更新能力を省くことができる場合には、コードを格納するために、より安価なＲＯＭメモリを選択することができる。
【０１３１】
好適な実施形態では、ＤＳＰはシリアルリンク８４を介してホストコンピュータとインタフェースする。異なる実施形態では、ＵＳＢのような他の型のインタフェースを使用することができる。ＵＳＢは本発明の実施形態の位置検出配列に電源を提供することができるので、ＵＳＢインタフェースは付属品型の用途に、つまり既存のスクリーンの増強用に好適な選択である。したがってＵＳＢは接続型の当然の選択肢である。ＵＳＢインタフェースを実現する場合、ホストとの通信を処理するために、ＵＳＢインタフェース構成部品をデジタルユニット２０に追加することができる。
【０１３２】
スタイラス
好適な実施形態は、内部電源およびワイヤ接続を持たないスタイラスである受動スタイラスを利用する。したがって、スタイラスを付勢するために、上述したように、センサを取り囲む外部励振コイル２６が設けられ、それによってスタイラス励振回路が付勢される。外部励振の利点は、両構成部品が励振パルスタイミングを認識するので、本質的にスタイラスがデジタイザに同期することである。代替実施形態では、スタイラスはバッテリを使用して内部的な電源とすることができる。
【０１３３】
受動スタイラスでは、外部励振コイルからのエネルギがスタイラス内の受信コイルに電流を誘導する。外部励振とスタイラスとの間のエネルギ伝達を最大にするために、受信コイルはフェライトコアを含むことが好ましい。しかし、追加の実施形態は、エアコアまたは他の型のコアを有するものなど、様々な型の受信コイルを利用することができる。受信コイルはスタイラス内の共振回路の一部であることが好ましい。
【０１３４】
好適な実施形態では、Ｃ０Ｇコンデンサをスタイラスの共振回路に含めることが選択される。そのようなコンデンサの利点は、温度の変化に対する感受性が低く、かつエネルギ効率が優れていることであり、後者は高いＱ因子のために重要であり、前者は安定な共振周波数のために重要である。異なる実施形態では、特に低性能が受け入れられ、価格が重要である場合、他の型のコンデンサを使用することができる。
【０１３５】
今、図９を参照すると、それは、本発明の好適な実施形態に係るスタイラスの内部構成の簡易図である。スタイラス１００は共振回路１０２、および先端１０６を画定するフレーム１０４を含む。励振により、励振回路１０２はその共振周波数で振動する。励振回路１０２の片側は、導電性材料を含むことが好ましいスタイラス先端１０６に電気的に接続される。共振回路の反対側は、同様に導電性材料を含むフレーム１０４に電気的に接続される。
【０１３６】
視差を回避し、最大可能な精度を達成するために、スタイラス先端にできるだけ近い位置でスタイラスから位置指示応答信号を送信することが有利である。図９は、そのような近接性を達成する好適な方法を示す。共振回路の振動と同期した電界１０８が、先端１０６とフレーム１０４との間に位置する間隙１１０に形成される。間隙および電界の幾何学的寸法は比較的小さく、電界源はスタイラス先端に実質的に近い。
【０１３７】
今、図１０を参照すると、それは図９のスタイラスの簡易回路図を示す簡易図である。
共振回路１２０は基本共振部１２２および変動部１２４を含む。基本共振部はインダクタ１２６およびコンデンサ１２８を含み、スタイラスに選択された共振周波数で振動するように励振される。スタイラスはさらに、タッチスイッチ１３０および右クリックスイッチ１３２を含む。スタイラス先端１３４は、前述したように、電界の形成のための間隙を含む。さらに先端は、それがスクリーンと接触したとき感知するように設計される。スクリーンが接触すると、タッチスイッチ１３０が閉じ、それによって基本共振回路に追加コンデンサ１３６がコンデンサ１２８と平行に追加される。したがって有効容量はＣ１＋Ｃ２となり、共振周波数が変化する。信号処理ユニット２０はそれによって、スタイラスが実際にスクリーンと接触しているか否かを決定することができる。アプリケーションは例えば、スクリーンにおけるスタイラスの接触をマウスの左クリックに相当すると解釈することができる。
【０１３８】
ユーザの押す力を使用して右クリックスイッチ１３２を閉じ、それによってコンデンサ１３８をコンデンサ１２８に平行に接続することができる。したがって、スイッチは有効容量をＣ１＋Ｃ３に変化させ、再び共振周波数を変化させる。デジタルユニットは周波数の変化を検出し、アプリケーションはそれに応じて右クリックを読み取る。両方のスイッチ１３０および１３２が同時に閉じると、Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３の容量に相当する第四の周波数がデジタルユニットによって検出される。そのシステムは第四の周波数を左右同時クリックと解釈することができる。
【０１３９】
上記の実施形態は四つの異なる周波数の励振を必要とし、それはエネルギを浪費する。それはまた、受信アルゴリズムにおける四つの別個の周波数の分析をも必要とし、それによってＣＰＵの資源およびエネルギを消費する。
【０１４０】
上記の方法はさらに、共振回路の経路に配置される機械的タッチスイッチの使用を必要とし、したがって比較的高い電流を通す必要がある。手書きの自然な感覚を可能にするために、スタイラスのタッチスイッチは敏感である必要があり、したがって非常に低い圧力で閉じるように設計する必要がある。しかし、作動力の低い機械的スイッチは安定かつ確実な接触を保証しない。
【０１４１】
今、図１１を参照すると、それは図９のスタイラスの代替的回路図を示す簡易図である。共振回路は、予め定められた共振周波数で振動するように励振されるインダクタ１４２およびコンデンサ１４４を含む。共振振動は、変調の源信号および電気部品への電源の両方として役立つ変調器１４６に供給される。変調器は三つの入力、つまりスタイラスの先端が表面に接触しているかどうかを示す先端タッチスイッチ１４８、ユーザが右クリックボタンを押しているかどうかを示す右クリックスイッチ１５０、およびスタイラスの後部が表面に接触しているかどうかを示す後部タッチスイッチによって供給される。後者は、例えばスタイラスをイレーザとして使用する目的に役立てることができる。どのスイッチも通常の状態は閉また開のいずれかとすることができることが注目される。例えば、先端タッチスイッチ１４８は接触していないときに閉じ、接触しているときに開くことができ、その逆も然りである。しかし、表面と接触しているときに移動しながらの反発を回避するために、通常閉状態が好ましい。
【０１４２】
変調信号の一つは、筆記およびポインティングのような動作中にその位置を決定することができるように、スタイラスの正面先端１５４に提供される。他の信号は、スタイラスの後部をそのために使用することができる消去のような動作のために、スタイラスの後部１５６に提供される。変調に加えて、変調器１４６は出力をスイッチオフすることができ、例えば後部スイッチが接触を示さないときに、後部信号を全部スイッチオフすることができる。
【０１４３】
好適な実施形態では、ホバリング、左クリック、右クリック等のいずれかのスタイラス状態は、変調器１４６によって導入される変調によって示すことができる。したがって、変調器は励振パルスの終わりとスタイラス信号の始めとの間に可変時間遅延を導入することができる。例示的変調スキームは次の通りである。すなわち、左クリック、つまりスタイラスが表面と接触する場合には遅延無し、接触しないとき、つまりホバリングの場合には一振動分の遅延、右クリックの場合二振動分の遅延、および消去の場合は三振動分の遅延とする。
【０１４４】
代替実施形態では、スタイラス状態を示すために、遅延の代わりに異なる変調型が使用される。適切な変調型は、位相シフト（ＰＳＫ）、振幅変調（ＡＳＫ）、周波数シフト（ＦＳＫ）、およびその他を含む。
【０１４５】
さらなる代替実施形態では、変調器は、モード自体の経過中ではなく、モード間の切替時に、予め定められた時間量だけ伝送を遮断することができる。そのような技術の一例として、ホバリングから接触（左クリックダウン）への切替時に一励振周期だけ先端の送信を停止し、接触からホバリング（左クリックアップ）への切替時に二周期だけ停止する等がある。
【０１４６】
したがって上記実施形態は、そのモードを示すことができ、しかも単一周波数の励振および検出を必要とするだけであり、したがってエネルギおよび他の資源を節約するスタイラスを提供する。
【０１４７】
上記実施形態のいずれかに適用可能なさらなる変形例では、スタイラスの先端および後部に異なる間隙形状を使用することができる。したがって、例えば適切な形状により、先端の電界を、より大きく展開される後部の電界より幾何学的に小さくし、したがってより少数のセンサ線によって感知することができる。デジタル処理ユニットは電界の大きさのそのような相違を検出し、スタイラスのどちら側が表面に接触しているかを決定することができる。
【０１４８】
アルゴリズム
概要
今、図１２を参照すると、それは本発明の好適な実施形態の基本デューティサイクルを示す、時間に対する波形の簡易グラフである。サイクルは期間ｔ０〜ｔ４に分割され、それらは均等な持続時間である必要は無い。サイクルは、ｔ０からｔ１まで続く励振パルス２６０の発生によって始まる。励振パルスは上述の通りデジタルユニット２０によって生成され、センサを取り囲む励振コイル２６によって伝送される。パルスはセンサ線上で比較的高信号を駆動し、それは検出エレクトロニクスに飽和および望ましくないフィルタ振動のような他の影響を引き起こし得る。そのような悪影響を防止するために、フロントエンドの様々な検出チャネルはパルスの持続時間中ブランキングされる。ブランキング期間１６２が設定され、それはｔ０から始まり、ｔ２の開始時に終了することが好ましい。次いでシステムは予め定められた期間待機し、それによりフロントエンドフィルタはがレディ状態に入ることが可能になる。この第二待機１６４はセットアップ期間として知られ、それが終了すると、フロントエンドユニットの検出エレクトロニクスが、サンプリング期間１６６中入力信号をサンプリングし、上述した通り、信号をデジタル表現に変換する。
【０１４９】
一実施形態では、センサ入力線の全てが単一のデューティサイクル中に同時にサンプリングされる。しかし、代替実施形態は、そのような包括的サンプリングを単一サイクルで実行するための資源が欠如することがある。サンプリング資源が制限されるそのような実施形態では、システムはサンプリングサイクルを二回以上繰り返し、こうして各サイクルに入力の一部分をサンプリングすることができる。
【０１５０】
好適な実施形態では、サンプリングレートは一定であり、最高サンプル周波数つまりナイキストレートの少なくとも二倍の速さである。しかし、追加の実現は、特定の用途に応じてまたは特定の状況に応じて、サンプリング周波数を変更することができる。
【０１５１】
好適な実施形態では、デジタルユニットはサンプリング期間を動的に変化させる機能を持つ。より長いサンプリング期間は結果的に、より優れた信号対雑音比（ＳＮＲ）および隣接周波数間を区別するより高度の能力をもたらす。他方、より短いサンプリング期間はエネルギを節約し、計算を節約し、より高速の更新レートが可能になる。サンプリング期間の動的変化は、特定の用途または特定の状況の要件に従って、エネルギ消費と更新レートとの間を最適化するために使用することができる。代替的に、一定サンプリング期間を提供することができる。
【０１５２】
最適化をいかに達成することができるかの一例は次の通りである。スタイラスがスクリーン表面と接触している間は、比較的高い更新レートを使用する。しかし、スタイラスが表面を離れるやいなや、低速更新レートで十分であり、システムはより低速のエネルギ節約レートに切り替わる。代替的に、スタイラスの高速移動中は更新レートを増加し、スタイラスの位置がより安定してきたときに低下することができる。アナログフロントエンドユニットおよびデジタル処理ユニットは両方とも、不使用時には、エネルギ節約または待機モードに切り替わることが好ましい。
【０１５３】
今、図１３を参照すると、それは、本発明の好適な実施形態に従って現在の位置を決定するために、感知されたデータを処理するための手順を示す簡易フローチャートである。システムが全てのセンサ入力のサンプリングを完了するやいなや、デジタルユニットは、物理的オブジェクトの位置を決定するためにデータの処理を開始する。検出は二つの基本的段階で実行される。第一は、サンプリングされたセンサ線の各々に対し、時間領域アルゴリズムを実行するループであり、第二は周波数インデックスに対し周波数領域アルゴリズムを実行するループである。
【０１５４】
好適な実施形態では、時間領域動作は、ＳＮＲを改善するために様々なサイクルからのサンプルを平均化する、平均化Ｓ１０で開始される。次に段階Ｓ２０で、アルゴリズムは振動の指数関数的減衰を補償する。その後に窓掛けの段階Ｓ３０が続き、その後に、サンプリングされたデータは、段階Ｓ４０でＦＦＴまたはＤＦＴのいずれかを使用して周波数領域に変換される。時間領域動作が全てのセンサ線に対して繰り返される。
【０１５５】
時間領域ループの終了時に、システムは周波数領域ループに入る。好適な実施形態では、周波数領域動作はピーク検出Ｓ５０で開始され、そこでアルゴリズムは所定の周波数の信号が最大になる位置を見つけ、所定の状態の所定のスタイラスに対応する周波数を選択する。次いで段階Ｓ６０で、有効ピークが検出されると、アルゴリズムは関連信号を補間して、正確な位置を決定する。思い起こされる通り、所定の信号は多数の近傍センサにわたって検出され、補間によってセンサのグラニュラリティより高い精度で位置を決定することができる。分解能、平均化、および補間の問題については、以下で詳述する。段階Ｓ７０で、例えば定常電気干渉を補償するために、一定の誤差がもしあれば補正される。最後に段階Ｓ８０で、決定された位置を、従前のサイクルからの位置に基づいて平滑化することができる。
【０１５６】
平均化
本発明の一般的目的は、最善の利用可能な分解能を達成することができることである。分解能に影響する主要な要素の一つは、ノイズによって引き起こされる不安定さである。したがって、好適な実施形態はＳＮＲを改善しようと試みる。ＳＮＲを改善する方法の一つは、異なる時間に得られたサンプル間の平均化である。しかし、そのような平均化では、更新レートがそれに対応して低下する。したがって、好適な実施形態では、平均化は、特定の用途または特定の状況の要件に応じて、安定性対更新レートを最適化するように、デジタルユニットによって動的に管理される。他の実施形態では、平均化は回避することができ、あるいは静的に実行することができる。
【０１５７】
平均化は、サンプル自体を平均化することによって時間領域で実行するか、または周波数係数を平均化することによって周波数領域で実行するかのいずれかとすることができることに注意すべきである。両方の可能性は、ノイズをマスキングし、したがってＳＮＲを改善する点では、同一の数学的効果を有する。しかし、時間領域平均化は、変換を一回行なうだけで済むので、一般的に計算的により効率的である。しかし、時間領域平均化はメモリを浪費する。メモリ容量の方が計算能力よりプレミアムが高い場合、平均化は周波数領域で実行することができる。
【０１５８】
減衰補償
上述した通り、スタイラスによって放出される信号は、共振回路の振動の指数関数的減衰中にサンプリングされる。減衰信号を時間領域から周波数領域に変換すると、望ましくないサイドローブが発生することがあり、それは分解能を妨害する。近接した周波数間の可能な限り優れた区別を可能にし、実際には使用されていない周波数の誤検出を防止することが望ましい。したがって、好適な実施形態では、システムは信号に逆指数関数を乗算することによって減衰を補償する。
【０１５９】
共振回路のＱ因子は減衰関数の指数係数を駆動する。Ｑ因子は一つ一つの物理的オブジェクト毎にわずかに異なる場合がある。好適な実施形態では、簡単にするために、指数補償係数は平均Ｑ因子を表わす静的値である。しかし、他の実施形態は、各関連オブジェクトに対し手動または自動的に特定的に調整される動的補償係数を利用することができる。
【０１６０】
窓掛け
好適な実施形態では、入力サンプルはＦＦＴ／ＤＦＴ変換の前にハミング窓係数を乗算される。その結果、望ましくない周波数サイドローブが除去され、誤検出が回避される。しかし、異なる実施形態は、ハニング、三角、または類似物のような異なる型の窓を使用するか、あるいは追加的変形なしで単純な方形窓を使用することさえある。
【０１６１】
周波数領域への変換
上述した通り、入力サンプルは、ＤＦＴ（離散フーリエ変換）またはＦＦＴ（高速フーリエ変換）のいずれかを使用して、時間領域から周波数領域に変換される。上記変換の結果に数学的な差は無い。しかし、ＦＦＴは多数の周波数を処理するときに効率的であり、ＤＦＴは少数の周波数を処理するときに効率的である。好適な実施形態では、デジタルユニットは、現在使用されている周波数の数に応じて、ＦＦＴとＤＦＴの間で動的に選択を行なう。他の可能性は、所定の用途で使用される周波数の見込み数に基づいて、変換の一方または他方を事前選択することである。したがって、単一のスタイラスだけが使用される可能性の高い用途は、最初にＤＦＴに設定することができる。各遊戯子が異なる周波数を有するチェスゲームは、ＦＦＴに設定することができ、多目的用途は、使用される周波数の数が変更されるときに、二つの変換の間で切り替えることができる。さらなる実施形態は、時間領域から周波数領域への他の変換を使用することができる。
【０１６２】
好適な実施形態では、簡単にするために、周波数領域への変換後に、所定の周波数が使用されるエネルギの大きさをオブジェクト位置の算出のために使用することができる。しかし、入力信号の位相も知ることができるので、事前に分かる位相における周波数の大きさの成分を使用することも可能である。さらに、特定の時間に一つの周波数しか使用されない場合には、信号の位相が周波数係数の実部または虚部と厳密に一致するように、サンプリングが開始される時点を調整することが可能である。そのような調整により、全体的な計算効率の改善が可能である。
【０１６３】
ピーク検出
所定の周波数のエネルギを分離すると、ピーク検出段階が後に続き、そこで信号が最大になる位置の最初の大まかな決定が行なわれる。好適な実施形態では、アルゴリズムがＸ軸における最大の大きさを探索し、同時にＹ軸における最大の大きさを探索する。ＸおよびＹの最大の大きさが両方とも、事前設定されたしきい値を超えると決定された場合、物理的オブジェクトは二つの最大座標の交点付近に位置する可能性が高い。
【０１６４】
補間
今、図１４を参照すると、それは、三つの感知線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３に近接して配置され、信号Ｍ１、Ｍ２およびＭ３をそれぞれ発生するスタイラス１７０を示す簡易図である。スタイラス１７０は感知線のいずれに対しても正確に対向して配置されておらず、むしろそれらのうちの二つの間の中間位置にある。ピーク検出に基づいて大まかな位置決定が行なわれた後、決定された位置の精度を高めるために補間段階が続く。つまり、補間目的は、感知装置のグラニュラリティを超える物理的オブジェクトの正確な位置を決定することである。好適な実施形態では、前の段階で決定された所定の軸に対し最大の大きさを有する線および次に高い大きさを有する隣接する線の二つの入力線から測定された検出データに対し、補間が実行される。したがって、図１４では、スタイラス１７０は線Ｌ１、Ｌ２およびＬ３に隣接して配置される。線はそれぞれ大きさＭ１、Ｍ２およびＭ３の信号を感知する。図に示すように、スタイラスは線Ｌ２とＬ３の間のＬ２により近い位置に配置されている。したがって、Ｌ２（Ｍ２）は最も高い信号の大きさを感知し、Ｌ３（Ｍ３）はより低い信号の大きさを感知し、Ｌ１（Ｍ１）は最も低い信号の大きさを感知する。アルゴリズムはＬ２を最大の大きさ（Ｍ２）を有する線として検出する。Ｍ３はＭ１より大きいので、Ｌ３はＬ２と共に補間手順に関与するように選択される。Ｌ２とＬ３の間の補間を、例えば次式を使用して実行することができる。
Ｘ＝（Ｘ２＊（Ｍ２Ｋ）＋Ｘ３＊（Ｍ３Ｋ））／（（Ｍ２Ｋ）＋（Ｍ３Ｋ））
ここでＸ２およびＸ３はＸ軸上のＬ２およびＬ３の位置を表わし、Ｍ２およびＭ３は信号の大きさであり、Ｋはスタイラスの電界の幾何学的形状に応じて設定される定数である。
【０１６５】
異なる実施形態は、補間プロセスで異なる補間関数、異なる補間アルゴリズム、またはより多数の線を使用することができる。したがって、最も高い信号を有する三本の線に基づく補間は、処理コストの比較的わずかな増加で改善された位置決定精度を達成すると期待することができる。
【０１６６】
誤差補償
図１３における誤差補償の段階Ｓ７０は、ＦＰＤの構造およびトポロジによって被るような静電気干渉によって生じる系統的誤差を補正する。多くの場合、正面装着センサはこの種の干渉に敏感ではなく、したがって誤差補償は使用されない。しかし、この種の誤差補償が有益である多くの用途がある。そのような誤差補償プロセスを実現する一つの方法は、カスタマイズされたルックアップテーブルを使用する。ルックアップテーブルはホストコンピュータ上で操作するか、あるいはデジタル処理ユニット内に構成することができ、一般的には二次元マトリックスの形を取る。マトリックスのセルはセンサ座標を表わし、セルの内容は関連位置の二次元誤差値である。そのようなマトリックスは、スタイラスに一連の予め定められた既知の位置を通過させ、既知の位置と実際に検出された位置との間の差に関するデータを格納するロボットアームシステムによって、製造工程の最終段階として自動的に作成することができる。実行時に、システムは、報告された位置に最も近いマトリックスセルに格納された誤差値を選択することができ、あるいは与えられた誤差値に応じて、検出された値を報告された位置の周囲の多数のマトリックスセルによって補間することができる。マトリックスは、上述したセンサ線許容差補償データベースがもしあれば、それと組み合わせることができる。
【０１６７】
平滑化
図１３のフローチャートの段階８０は平滑化に関する。平滑化段階の目的は、従前のスタイラス位置の履歴を使用して、スタイラスの動きを平滑化することである。平滑化は、より平滑な画像をグラフィカルディスプレイに表示するために、妥当な人間の動きではない一時的および静的変動を除去する。
【０１６８】
一つの好適な実施形態では、平滑化の段階はホストコンピュータで実現される。実現はシステムドライバにおける専用パッケージとして、またはオペレーティングシステム内に提供される一般サポートの一部として行なうことができる。別の実施形態では、平滑化はデジタルユニット２０で実行される。
【０１６９】
好適な実施形態では、平滑化は、移動パターンから望ましくない周波数を除去することを含む。これは、例えば得られた連続スタイラス位置のベクトルを周波数領域に変換し、望ましくない周波数係数を零に設定し、表示のために時間領域に切り戻すことによって、達成することができる。本発明の他の実施形態は、最良曲線に適合するフィルタ等のような他の種類のフィルタを使用することができる。
【０１７０】
履歴および将来の位置の両方を使用する平滑化フィルタは通常、履歴のみを使用するものよりよく機能する。しかし、履歴および将来の位置の両方を使用すると、将来見込み位置の評価を行なう必要があるので、実時間結果を出すことが難しくなることがある。上記の不利な点は、ユーザが描画をスタイラスの先端に厳密に一致させることを期待する、ＦＰＤのようなディスプレイ上で筆記またはペインティングを行なうときに顕著である。一つの解決策は、二つのフィルタの組合せを使用することである。第一のフィルタは、小さい遅延を有し、画面上で実時間でスタイラスの移動を追跡する反応性フィルタであるか、または全くフィルタ無しとする。第二は将来の知識を使用し、グリッチが害を及ぼすことが可能になる前にそれが消えるように、すでに表示された曲線を修正する低速フィルタである。
【０１７１】
励振パルス
励振パルスは主要なエネルギ消費源である。特に本発明の実施形態の多くの有望な用途は、何らかの種類のバッテリ電源方式の携帯装置にあるので、エネルギ消費を全体的に最小化することが望ましい。したがって、パルスのエネルギ消費を最小化することが好ましい。
【０１７２】
好適な実施形態では、励振パルスは一つまたはそれ以上の正弦波を含む。異なる実施形態では、インパルス、方形波、または類似のパルスのような他の種類のパルスを使用することができる。
【０１７３】
好適な実施形態では、デジタルユニットは励振信号パターンを動的に制御する。システムは現在所定のセッションに参加しているオブジェクトおよび対応する周波数を認識し、それに応じて励振波を生成する。参加オブジェクトのシステムの認識は、アプリケーションからの事前知識として、または現在の入力の動的分析として提供することができる。したがって、セッションの開始時に、システムは参加装置の周波数をアプリケーションから得るか、または参加装置に照会するか、またはその入力を分析して存在する周波数を決定する。システムは次いで励振信号パターンをこれらの周波数に対して最適なものに制限する。他の実施形態は、全ての関連周波数の励振を確実にする静的パルスパターンを使用することができる。
【０１７４】
一般的に、より長い励振パルスは結果的により低いエネルギ消費をもたらす。他方、長いパルスは全体的な更新レートを制限する。上述の通り、好適な実施形態は、用途に対して最適な励振パルス長を事前選択することによって、または動作中にパルス長を動的に変化させることによって、特定の用途または特定の状況の要件に対してエネルギ消費および更新レートを最適化する。
【０１７５】
明確にするため別個の実施形態の文脈で記載した本発明の特定の特長は、単一の実施形態で組み合わせて提供することもできることを理解されたい。逆に、簡潔にするために、単一の実施形態の文脈で記載した本発明の様々な特長は、別個にまたはいずれかの適切な部分組合せとして提供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】本発明の第一の好適な実施形態に係るデジタイザの簡易ブロック図である。
【図２】図１のスタイラス、センサ、および励振コイルを示し、好適な実施形態の一般原理を記載する簡易概略図である。
【図３】図１のデジタイザと共に使用するためのセンサの好適な実施形態を示す簡易図である。
【図４】ポリエステルＰＥＴ箔の下面に水平導体が、その上面に垂直導体がパターン形成された、図１の実施形態と共に使用するためのセンサの一箔構成である。
【図５】本発明の好適な実施形態に係る、図１のフロントエンドユニットの内部構成を示す簡易概略図である。
【図６】グリッドの個々のセンサを差動増幅器に接続するためのスキームを示す簡易概略図である。
【図７】図６のスキームの変形を示す簡易概略図である。
【図８】図１のデジタル処理ユニット２０の好適な実施形態の内部構造の簡易ブロック図である。
【図９】本発明の好適な実施形態に係るスタイラスの内部構造の簡易図である。
【図１０】図９のスタイラスの簡易回路図である。
【図１１】図９のスタイラスの代替的回路図を示す簡易図である。
【図１２】本発明の好適な実施形態の基本デューティサイクルを示す、時間に対する波形の簡易グラフである。
【図１３】本発明の一実施形態に従って現在の位置を決定するために感知デ−タを処理するための手順を示す簡易フローチャートである。
【図１４】三本の感知線に近接して配置され、感知線にそれぞれ信号を生成するスタイラスを示す簡易図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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