(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ローカル測位および応答システムにおいて、
位置と関連づけられたメッセージを格納するよう構成されたサーバコンピュータと、
前記サーバコンピュータと結合された１以上の送信ユニットであって、該１以上の送信ユニットの各々が複数の成形ビーム信号を送信し、該１以上の送信ユニットの各々が、或るエリアの少なくとも一部分に対して、所定の強度プロファイルをそれぞれ有する成形ビーム信号を送信するよう各々が構成された複数の成形ビームアンテナを含む、１以上の送信ユニットと、
前記エリア内に配置された１以上の応答ユニットであって、該１以上の応答ユニットの各々が、
前記複数の成形ビーム信号を受信するよう構成された受信器、
１以上の物理的信号を発するよう構成された１以上のアクションモジュール、および、
前記１以上のアクションモジュールおよび前記受信器と結合されたプロセッサであって、
前記複数の成形ビーム信号の相対強度から、ローカル位置を計算し、
前記ローカル位置および前記メッセージの内容に基づき、前記メッセージに対する個々の応答を計算し、
前記アクションモジュールに、前記個々の応答に基づき前記１以上の物理的信号を発するようコマンドする
よう構成されたプロセッサ、
を含む、１以上の応答ユニットと
を備え、
前記送信ユニットがカメラを更に含み、
前記サーバコンピュータが、前記送信ユニットを介して前記応答ユニットに１以上のテストパターンメッセージを送信するよう更に構成され、
前記応答ユニットが、前記カメラが見ることができる物理的信号を用いて前記テストパターンメッセージに応答するよう更に構成され、
前記サーバコンピュータが、
前記テストパターンメッセージを送信した後に、前記送信ユニットに結合された前記カメラから画像を取得し、
前記１以上の応答ユニットによって生成された前記画像の前記テストパターンとの比較における歪みを決定するために、前記画像を解析し、
前記歪みを補償するために、後続のメッセージに歪み補正を適用する
よう更に構成され、
前記応答ユニットと結合されたアクションモジュールが、可視スペクトル外の光周波数のエミッタを更に含み、
前記送信ユニットと結合された前記カメラが、前記可視スペクトル外の光周波数を受信するよう構成されている、
ローカル測位および応答システム。
【請求項２】
前記応答ユニットが１以上のセンサを更に含み、
各前記応答ユニットに結合された前記プロセッサが、
前記１以上のセンサの値を取得し、
前記計算されたローカル位置、前記メッセージの前記内容、および前記１以上のセンサの前記の値のうち１以上に基づき、各前記メッセージに対する前記個々の応答を計算する
よう更に構成されている、
請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記１以上のセンサが、加速度計、ジャイロスコープ、レート・ジャイロスコープ、圧力センサ、温度センサ、磁力計、人間生理学のセンサ、深度センサ、モーションセンサ、速度センサ、または近接センサを含む、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記応答ユニットが送信器を更に含み、
前記送信ユニットが受信器を更に含み、
各前記応答ユニットに結合された前記プロセッサが、前記送信器を介して、前記送信ユニットと結合された前記受信器にセンサ値を送信するよう更に構成されている、
請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記メッセージが、前記１以上のセンサの前記値に対する基準を含み、各前記応答ユニットに結合された前記プロセッサが、前記値が前記基準を満たす場合に、前記１以上のセンサの前記値を送信するよう構成された、請求項２記載のシステム。
【請求項６】
前記応答ユニットが送信器およびユーザ入力装置を更に含み、
前記送信ユニットが受信器を更に含み、
各前記応答ユニットに結合された前記プロセッサが、前記送信器を介して、前記送信ユニットと結合された前記受信器にユーザ入力を送信するよう更に構成されている、
請求項１記載のシステム。
【請求項７】
前記物理的信号が、光、音、振動、非可視光、電気、衝撃、またはバズ音のうち１以上を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記応答ユニットが人によって着用または携帯可能な、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記成形ビーム信号が、およそ
【数１】
0006465886.tif 000008
として強度が変化する略ガウス形状であり、
前記応答ユニットの前記ローカル位置を計算することが、前記ローカル位置を決定するために前記成形ビーム信号からの受信信号強度の対数を用いる、
請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記応答ユニットの前記ローカル位置を計算することが、複数の成形ビーム信号の強度の絶対値ではなく相対強度を用いる、請求項１記載のシステム。
【請求項１１】
前記送信ユニットおよび前記成形ビーム信号の製造、設置、および較正が、前記ローカル位置が３フィート（約０．９ｍ）以下の単位まで正確であるのを可能にするのに十分に正確である、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記送信ユニットおよび前記成形ビーム信号の製造、設置、および較正が、前記ローカル位置が１フィート（約０．３ｍ）以下の単位まで正確であるのを可能にするのに十分に正確である、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
前記送信ユニットおよび前記成形ビーム信号の製造、設置、および較正が、前記ローカル位置が１インチ（約２．５ｃｍ）以下の単位まで正確であるのを可能にするのに十分に正確である、請求項１記載のシステム。
【請求項１４】
前記アクションモジュールによって発せられる前記物理的信号が光を含み、
前記サーバコンピュータが、複数の前記アクションモジュール上に表示される１以上のグラフィカルな画像を有するよう構成され、各前記アクションモジュールが、各前記グラフィカルな画像の１画素を表示し、
前記サーバコンピュータが、前記１以上のグラフィカルな画像を前記複数のアクションモジュール上に表示するために前記メッセージを計算するよう構成され、
前記応答ユニットと結合された前記プロセッサが、前記メッセージおよび前記応答ユニットの前記ローカル位置に基づき、各前記アクションモジュールから発する前記光の強度および色を計算するよう構成されている、
請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
前記１以上の応答ユニットが複数のグループに分けられ、
前記サーバが、前記１以上のグラフィカルな画像を複数のサブ画像に分割するために、異なる前記グループに対してそれぞれ異なるメッセージを送信するよう構成されている、
請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
前記メッセージが、前記複数のアクションモジュールによって表示される１以上の形状を含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１７】
前記メッセージが前記１以上の形状の動きを含み、
前記応答ユニットと結合された前記プロセッサが、前記１以上の形状の前記動きに基づき、表示される経時的な一連の光の強度および色を計算するよう構成されている、
請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記メッセージが誤差検出コードまたは誤差補正コードを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項１９】
前記システムが、或る応答ユニットが定義されたローカル領域から出るよう移動した際のフィードバックを有する仮想フェンスを設ける、請求項１記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムが、或るプレイヤーが規定の位置、エリア、または軌道の中または外へと移動した際にスポーツプレイヤーまたはコーチにフィードバックする、請求項１記載のシステム。
【請求項２１】
前記ローカルエリアが、スポーツスタジアム、スポーツフィールド、コンサートホール、円形劇場、劇場、トラック、体育館、またはアリーナのうち１以上を含む、請求項１記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムが、コンテストに勝ったまたは賞の資格がある複数の応答ユニットのサブセットに対して通知する、請求項１記載のシステム。
【請求項２３】
前記メッセージがＩＰアドレスを含まない、請求項１記載のシステム。
【請求項２４】
前記メッセージがＩＰアドレスを含む、請求項１記載のシステム。
【請求項２５】
前記１以上の送信ユニットが復調信号を送信し、前記１以上の応答ユニットが、前記復調信号を用いて信号を復調して前記メッセージを取得する、請求項１記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【優先権の主張】
【０００１】
本願は、２０１３年１２月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／９１６，３８０号、および２０１３年１２月２日に出願された米国仮特許出願第６１／９１０，８４３号による利益を主張するものであり、それらの明細書をここで参照して本明細書に組み込む。
【技術分野】
【０００２】
本発明の１以上の実施形態は、測位システム、データ処理システム、および通信システムの分野に関する。本発明を限定するものではないが、より具体的には、本発明の１以上の実施形態は、少なくとも１つの送信器ユニットから、例えば２以上の成形ビーム等の信号を送信するよう構成されたローカル測位および応答システムと、この成形ビームを受信する複数の装置とを可能にする。各装置は、衛星に基づく測位信号へのアクセスを可能にしないものであり得る定義されたエリア（例えばスタジアムまたは他の会場等）内における、その装置のローカル位置を決定する。各装置は、その装置のローカル位置と、エリア内の或るグループの装置の集合体としての応答を定義し得る同報メッセージとに基づき、その装置の個々の応答を決定する。応答は、各装置によって決定されたローカル位置および同報メッセージに基づき、例えば任意のタイプの光、音、メッセージ等の物理的信号を発することを含み得るが、それらに限定されない。
【背景技術】
【０００３】
例えばスマートホン、ＰＤＡ、タブレットコンピュータ等の携帯型のコンピューティング装置の登場と共に、それらの装置が、空間内におけるそれぞれの位置を決定することを可能にする必要性が生じている。この課題を達成するために、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）や、複数の送信器に対する相対的な信号遅延に基づく三角測量を非常に洗練された計算アルゴリズムと共に用いた類似の技術を含む多数の技術が考案されている。更に、他の技術は、一部の携帯電話で用いられている受信した電力の組合せに基づく方法、および、例えば超音波ＧＰＳ等の様々な他のより難解な技術を含む。これらの技術は、おおよその位置を決定する分にはかなり成功しているが、これらの方法には幾つかの限界がある。ＧＰＳは、「クリアな空」、即ち、それぞれ異なる方向に沿った複数の衛星までのクリアな見通し線を必要とする。受信信号は、樹冠でさえ正確な測位を不可能にするほど信号を減衰させがちであるほど弱い。屋内での信号の減衰は、ＧＰＳを全く働かなくさせる。例えば携帯電話に基づく技術等の他の幾つかの方法は、送信器の近さに起因して、信号の強度を遙かに高くでき、地上で利用可能な電力を遙かに高くできるので、屋内でも動作可能である。この技術は、アンテナ塔の偶然の配置と、信号経路に沿った吸収、反射、および回折に対する受信信号強度の感度とによって制限される。これらの影響は、この測位技術を不正確なものとし、精度を動的且つ予測不可能な方法で制限する。
【０００４】
最近、かなり限られたエリア内、例えば、大きなホール、倉庫、駐車場、またはスタジアム等の会場における、簡単で安価な装置の測位を可能にすることの必要性が認識されている。対象となる位置は、緯度および経度を含むグローバルな地心座標ではなく、会場に結び付けられた仮想相対座標系内にある。ローカル測位システムの所望の精度範囲は、所望の用途に依存して、例えば、人サイズのオブジェクトの位置を決定するための１フィート前後、即ち０．３ｍ前後から、パッケージ等のより小さいオブジェクトを追跡するための、またはセンサ、光等と通信するための１インチ前後、即ち２．５ｃｍ前後までである。安価な装置を用いて、限られたエリア内における正確なローカル測位を提供する、公知の既存のシステムは無い。
【０００５】
更に、多くの用途は、限られたエリア内における、可能性として多数の装置が、集合体として観察可能な応答を生じることを必要とする。例えば、電力消費の減少を観察可能な集合体としての応答として、家の中の全ての装置がオフになるようコマンドされ得る。別の例として、フットボールの試合の観客が、光を発する装置を与えられて、試合のスポンサーが、それらの光が、テレビカメラで見ることができるスタジアムサイズの画像を発するようコーディネートされることを所望し得る。中央のシステムと複数の装置のネットワークとの間の通信を提供する技術が存在するが、これらのシステムは、一般的に、２地点間通信を用いるものであり、かなりの帯域幅と、それらの装置におけるかなりの電力およびコストとを必要とする。例えば複数の装置のプライバシーおよび匿名のアドレス指定等の更なる問題は、この用途に携帯電話および他の携帯型の装置を用いることをあまり望ましくないものとしている。
【０００６】
システムメッセージに応答し得る使用可能な装置の数は劇的に増加しており、現在のシステムアーキテクチャは、この成長に対処するのに適していない。例えば、安価な無線トランシーバおよびマイクロプロセッサの登場と共に、何らかのコンピュータインテリジェンスおよび無線接続性の両方を獲得した一般家庭用アイテムの数が増加している。この傾向は、継続するものと期待され、電子技術が進歩するにつれ、および電子コンポーネントの価格が下がるにつれ、スピードアップするものと期待される。そう遠くない将来に、平均的な家庭が数百ものＷｉ−Ｆｉ接続可能なアイテムを有するかもしれず、近い将来、無視できない価値を有する全てのアイテムが、基本的な無線トランシーバおよび何らかの処理能力を備えることが考えられる。これらの数千のトランシーバの全てが、電波スペクトルの同じ限られた部分を占めることになり、従って、任意の個々のユニットとの通信に利用可能なデータレートはどんどん小さくなり、これらの装置の無線通信機能を事実上衰弱させる。
【０００７】
家のサイズより大きいエリア内においては、装置の数は更に大きくなり得る。かなり控えめな帯域幅リソースを介して、数百万ものそのような装置と通信する必要が可能性としてあり得る。２地点間通信に大きく基づく既存のシステムアーキテクチャは、これらの要求に対応できない。更に、例えばＧＰＳ等の位置認識を提供するシステムは、高価な送信器および受信器を必要とし、広範囲の用途および低コストで低電力の装置には適していない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
少なくとも上記の限界により、通信のための大量のネットワーク帯域幅を必要とせずに、それぞれの位置を決定して応答を生成する低電力で低コストの装置のためのアーキテクチャおよびシステムソリューションを提供する、ローカル測位および応答システムの必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書に記載される１以上の実施形態は、ローカル測位および応答システムに関する。本システムの複数の実施形態は、例えば２以上の成形ビーム等の信号を少なくとも１つの送信器ユニットから送信するよう構成されたローカル測位および応答システムと、成形ビームを受信する複数の装置とを可能にする。各装置は、衛星に基づく測位信号へのアクセスを可能にしないこともあり得る例えばスタジアム、スポーツフィールド、コンサートホール、円形劇場、劇場、トラック、体育館、アリーナ、または他の任意の場所等の定義されたエリア内における、その装置のローカル位置を決定する。各装置は、その装置のローカル位置と、エリア内の或るグループの装置の集合体としての応答を定義し得る同報メッセージとに基づき、各装置の個々の応答を決定する。応答は、各装置によって決定されたローカル位置および同報メッセージに基づき、例えば任意のタイプの光、音、メッセージ等の物理的信号を発することを含み得るが、それらに限定されない。従って、本システムの複数の実施形態は、ローカルエリア内に配置された、可能性として多数の、または非常に多数の装置における応答を生成するための効率的且つ効果的なシステムを提供する。本システムの複数の実施形態は、世界的な基準座標系に対する絶対位置を提供するＧＰＳのようなシステムとは対照的に、ローカル測位を可能にする。本システムの一部の実施形態は、ＧＰＳまたは類似の絶対測位システムも組み込み得るが、ＧＰＳを必要とはしない。
【００１０】
本システムの例示的な一実施形態は、メッセージをコーディネートするサーバと、位置決定のために用いられる例えば成形ビーム等の信号を送信するビーム送信ユニットと、メッセージを送信するメッセージ送信ユニットと、信号を受信して自機の位置を決定して応答を発する応答ユニットとの４つの主要な構成要素を含む。一部の実施形態では、ビーム送信ユニットとメッセージ送信ユニットとは、統合されるかまたは別様で一致させられて送信ユニットを構成してもよい。本明細書において用いられる送信ユニットという用語は、簡潔のために、組み合わされたビームおよびメッセージ送信ユニット、またはそれぞれ別々のユニットを参照し得る。ビーム送信、メッセージ送信、またはそれらの両方のために、電磁波スペクトルの任意の部分が用いられ得る。
【００１１】
各ビーム送信ユニットは、成形ビーム信号を生成する２以上の成形ビームアンテナを含み得る。これらの信号は、ローカルエリアの一部分に対して同報される。ローカルエリア全体をカバーするために、複数のビーム送信ユニットが用いられ得るが、一部の実施形態では、エリアのサイズおよび用途に応じて、単一のビーム送信ユニットのみが用いられてもよい。
【００１２】
１つの状況において、ローカルエリア内に１以上の装置または応答ユニットが配置される。これらの応答ユニットは、送信器ユニットから成形ビーム信号を受信し、例えばサーバからメッセージを受信するよう構成される。応答ユニットは、例えば、受信した成形ビーム信号を用いて、その応答ユニットのローカル位置を計算し得るプロセッサを含み得る。このローカル位置およびサーバから受信したメッセージに基づき、各プロセッサは、その特定の応答ユニットに適した個々の応答を決定する。これらの応答は、応答ユニット内の、本明細書においてはアクションモジュールと称する構成要素によって実行される。各アクションモジュールは、例えば光、音、振動、非可視光、電気、衝撃、またはバズ音等の１以上の物理的信号を発しまたは調整し得る。
【００１３】
従って、システム全体は、ローカルエリア内の異なる場所に配置された複数の応答ユニットが、同報信号およびメッセージに基づき位置依存性の出力を生成する機能を提供する。一部の実施形態では、応答ユニットは、人によって着用可能、または手で持つことが可能であってもよい。従って、集合体としての応答は、そのユーザまたはそのユーザのアクションの位置と結び付けられ得る。例えば、システムは、スタジアム内の観客によって持たれた多数の応答ユニットを用いて複雑な形状およびパターンを有する光のショーを生成するために用いられ得る。従って、複数の応答ユニットから、位置に依存して、パターン、テキスト、画像、色、音、またはそれらの任意の組合せが出力され得る。
【００１４】
１以上の実施形態において、本システムは、複数の応答ユニットからの観察された応答に生じ得る歪みを補正するよう構成され得る。これらの歪みは、例えば、信号の反射または減衰、他の信号の干渉、またはローカルエリアの形状等の様々な理由から生じ得る。例えば、スタジアムにおける光のショーの用途では、スタジアムのスタンドの形状は、表示される画像に幾分の歪みを生じ得る。歪み補正は、テストパターンメッセージを、これらのテストパターンに対する応答を観察するカメラと共に用い得る。サーバは、観察された画像とテストパターンとを比較して、後続のメッセージに対して歪み補正を適用することができる。一部の実施形態は、テストパターンに応答するために、可視画像との干渉が生じないよう、赤外光を用い得る。
【００１５】
１以上の実施形態において、応答ユニットの一部または全てには、例えば加速度計、ジャイロスコープ、レート・ジャイロスコープ、圧力センサ、温度センサ、磁力計、人間生理学のセンサ、深度センサ、モーションセンサ、速度センサ、または近接センサ等のセンサも組み込まれ得る。この場合、応答を指揮するサーバからのメッセージは、そのような応答を、ローカルセンサの読取値および計算された各応答ユニットのローカル位置の両方に依存したものとし得る。例えば、仕事場にいる職員が、温度センサを含む応答ユニットを与えられ得る。これらの応答ユニットは、温度が危険なほど高くなった場合に警告光または警告音を発するようコマンドされ得る。応答ユニットは、応答ユニット内の送信器およびシステム内の受信器を用いて、サーバにセンサ読取値を送り返すよう構成され得る。センサ読取値は、サーバからの要求に際して、またはサーバ指定の基準または閾値に基づいて返され得る。
【００１６】
１以上の実施形態において、応答ユニットは、例えばキーパッド、タッチスクリーン、ボタン、またはジョイスティック等の１以上のユーザ入力装置も含み得る。センサデータと同様に、応答ユニットは、サーバにユーザ入力を送り返す送信器を含んでもよく、サーバは、意図される用途に応じて、ユーザ入力データを受け付けるまたは別様でポーリングするよう構成され得る。
【００１７】
応答ユニットは、受信した成形ビーム信号の強度を用いて、それぞれのローカル位置を計算し得る。一部の実施形態では、成形ビーム信号の強度パターンは、略ガウス形状であってもよく、これは、ローカル位置の計算を簡単にする。具体的には、応答ユニット内では、ガウス形状の信号の組合せからローカル位置を導出するために、比較的簡単なハードウェアが用いられ得る。一部の実施形態は、複数の成形ビーム信号の強度の絶対値ではなく、相対強度を用いる。この手法は、同じビーム送信器から発せられるビームの多くの歪みを自動的に補償する長所を提供する。他の実施形態は、用いられているビームのタイプを応答ユニットが認識できる限り、任意のタイプの成形ビームパターンを用いてよい。
【００１８】
ローカル位置の正確な計算は、ビーム送信ユニットおよび成形ビーム信号の製造、設置、および較正の精度に部分的に依存する。複数の異なる実施形態は、それぞれの用途に適した複数の精度レベルを用い得る。例えば、複数の実施形態は、例えば送信ユニット内のアンテナまたは他のエミッタの配置精度に基づき、３フィート以内、１フィート以内、もしくは１インチ以内、即ち、およそ１ｍ、０．３ｍ、２．５ｃｍ、または他の任意の精度まで正確なローカル位置を可能にし得る。１以上の実施形態では、アンテナは、或る送信器ユニットが小さなまたは大きな会場に対して用いられることを可能にするために、例えば、アンテナの角度を例えば中心線に関して変えることによって、ビームの別の角度を設定するよう可動であり得る。他の実施形態は、例えば製造時または較正時に、互いに関して固定された向きに設定され得る成形ビームアンテナを含み得る。
【００１９】
一部の実施形態は、１組の応答ユニット上における画像の表示に備えたものである。例えば、上述のように、本システムの実施形態は、光を発する応答ユニットを観客に与えることにより、スタジアム上で比較的大きな画像を作るために用いられ得る。この状況において、観客は、事実上、画像中の画素、即ち「人間画素」を構成する。これらの実施形態の一部において、サーバコンピュータは、１以上のグラフィカルな画像を格納または生成し、複数の応答ユニットに、これらの画像を応答ユニット上で表示するためのメッセージを送信し得る。一部の実施形態は、マルチメディア表示を生成するために、各応答ユニットを画像中の画素として、サウンドスケープの一部分として、またはそれらの両方として扱い得る。各応答ユニットのプロセッサは、その位置を計算して、その位置およびサーバから受信した画像メッセージに基づき、その応答ユニットから発する光の強度および色を決定し得る。全ての応答ユニットの組合せが全体の画像を構成する。サーバは、１つの画像を複数のサブ画像に分割してもよく、複数のサブ画像から全体画像を構築するために、複数のグループの応答ユニットそれぞれ異なるメッセージを送信してもよい。
【００２０】
一部の実施形態では、グラフィカルな画像を表示するためのサーバからのメッセージは、１以上の形状の記述、および可能性としてはその形状の経時的な動きの記述を含み得る。メッセージ中のそのような高レベルの図形基本要素は、可能性として多数の応答ユニットにメッセージを効率的に同報することを可能にし、各応答ユニットは、集合体としての画像を構成するための、その応答ユニットの適切な出力を決定する。メッセージは、肯定応答または再送信を返す必要をなくして、限られたものであり得る帯域幅の効率的な使用を更に向上させるための、誤差補正（または誤差検出）コードも含み得る。例えば、第三者が表示される画像または音をハイジャックするのを防止するために、他のメッセージコードは暗号化または別様で保護され得る。１以上の実施形態では、応答ユニットに事象暗号化コードが格納されて、サーバおよび応答ユニットによって、システム内の様々な構成要素間で送信されるメッセージを暗号化および復号化するために用いられ得る。
【００２１】
本システムの一部の実施形態の用途は、ローカルエリアの一部分を囲む仮想フェンスを設けることを含み得る。これらの実施形態では、応答ユニットには、この仮想フェンスで囲まれた部分の境界から応答ユニットが出た際または境界に接近した際に作動されるフィードバック装置が備えられ得る。例えば、応答ユニットの装着者がフェンスで囲まれた部分から離れるのを止めるために、装着者には衝撃が与えられてもよく、これは、家畜またはペット用の目に見えないフェンスとして有用であり得る。
【００２２】
他の実施形態における他の用途は、スポーツプレイヤーが規定の位置、エリア、または軌道の中または外へと移動した際の、スポーツプレイヤーまたはコーチに対するフィードバックを含み得る。例えば、練習中のフットボールの受け手が、特定のパターンを走ることを練習する場合がある。そのプレイヤーは、プレイヤーが正しいパターンを走っていない場合には点灯するまたは異なる色に変わる応答ユニットを装着し得る。このフィードバックは、プレイヤーが間違えたことをコーチに警告し得る。類似の用途は、軍隊の移動を感知および別様で観察してマッピングすることを可能にし、所定のエリア内にある装置の通信を確保することを可能にする。
【００２３】
１以上の他の実施形態の他の用途において、応答ユニットは、道路標識または道路の反射材に統合されまたは埋め込まれ得る。これらの応答ユニットの複数の実施形態は、状態、問題、または潜在的な危険について運転手に警告するために点灯するようコマンドされ得る。例えば、本システムは、見通しのきかない曲がり角の片側に車が接近するのを検出したら、他方の運転手に接近を警告するために、その見通しのきかない曲がり角の反対側の応答ユニットを作動し得る。作動された応答ユニットは、例えば点灯、点滅、または色の変更を行い得る。一部の実施形態では、接近の検出は、接近している車輌内の応答ユニットによっても行われてもよく、これらの応答ユニットは、ローカル測位を用いて、それらが接近エリア内にいることを決定し、他の運転手に対する警告を他の車輌に同報するためにサーバにメッセージを送信してもよい。１以上の実施形態において、１以上の車輌は、応答ユニットの一実施形態を含んでもよく、例えば別の車輌に取り付けられた他方の応答ユニットから所定の距離（例えば、１００メートルまたはその土地の法律に従ったローカルな限度）以内にいるときに、自動的にヘッドライトを暗くしてもよい。或いは、またはそれと組み合わせて、１以上の実施形態は、道路状態を検出して、事象を位置でタグ付けし、その道路状態（例えば、車輌内のスリップ検出モジュールおよび／または加速度計によって検出された氷）に接近している他の車輌が、或る位置および例えば時間におけるその道路状態について警告されるようにしてもよい。
【００２４】
幾つかの他の実施形態では、本システムは、応答ユニットのサブセットに対するコンテストまたは賞の授与のために用いられ得る。例えば、サーバメッセージは、受賞対象である特定の１または複数の位置を選択して、賞を獲得したそれらの位置内のみにある応答ユニットにフィードバックするためにメッセージを送信し得る。授与または賞の対象の応答ユニットの選択は、例えばランダムであってもよく、位置に基づいてもよく、センサ読取値に基づいてもよく、またはユーザ入力に基づいてもよい。
【００２５】
他の実施形態は、例えば宣伝、提供、投票、光のショー、食料、飲料、または記念品の注文のために用いられ得る、アリーナまたはスタジアムの座席に取り付けられた、または別様で固定または着脱可能に結合された双方向液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面を含み得る。
【００２６】
また、本発明の複数の実施形態は、特定の位置にいる勝者を示してもよく、または、例えば改造自動車競走におけるお気に入りの運転手に投票したユーザに、例えばその運転手がレースに勝った後、エリア全体にわたって特定の票を投じた誰かを示してもよい。更に、複数の実施形態は、サーバに対して更なる情報を入力または別様で提供したユーザに対して、更なる情報を提供してもよい。応答ユニットの複数の実施形態は、或るユーザがイベントに登録して、更なる提供物またはより多くの機能を取得することを可能にする入力を含んでもよく、これは、例えば企業スポンサーにとって大きな価値があり得る。
【００２７】
また、複数の実施形態は、位置を指定した表示またはゲームのために用いられ得る。例えば、ミュージアム、アートギャラリー、植物園、会議、または不動産の場所において、応答ユニットに対してローカルな表示が、例えばアイテム名もしくは発明者名、絵画、彫刻、もしくはアーチストの名前、植物の名前、ブース内のポスター、オブジェクト、もしくは不動産物件の一部に関連する情報等の位置依存情報をそれぞれ示してもよい。更に、或るエリア内の複数の異なる位置を含むスカベンジャー・ハント型のゲームまたは他の任意のゲームで、例えば特定の位置においてデータまたはコマンドへのアクセスを可能にするために、本発明の実施形態を用いてもよい。
【００２８】
本発明の上記および他の態様、特徴、および長所は、以下の図面と共に示される以下のより具体的な説明からより明確となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ローカル測位および応答システムの少なくとも１つの実施形態のアーキテクチャを示す図を示す
【図２】応答ユニットがそれぞれのローカル位置を計算するのを可能にする、重複する成形ビーム信号の同報の一実施形態を示す
【図３】成形ビーム送信ユニットの一実施形態の正面図および側面図を示す
【図４】協働してスタジアムの大部分をカバーする、成形ビーム信号を送信する複数のビーム送信ユニットを有する、スタジアムに設置されたローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【図５】画像歪みの補正を提供するローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【図６】ガウス形状の成形ビーム信号を用いる一部の実施形態によって用いられ得るローカル位置の計算を示す
【図７】各応答ユニットが画像の画素を提供する多数の応答ユニットにグラフィカルな画像を投影するために用いられるローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【図８】スタジアムのスタンドにグラフィカルな画像を投影するために用いられる本システムの一実施形態を示す
【図９】ローカル測位および応答システムによって多数の応答ユニットにグラフィカルな画像記述子を送信するために用いられ得るメッセージの一実施形態を示す
【図１０】仮想フェンスを設けるために用いられるローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【図１１】フットボールプレイヤーが所望のパターンにおいて間違えた場合に視覚的フィードバックを提供するために用いられるローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【図１２】１グループの観客のどのサブセットが賞の獲得者であるかを示すために用いられるローカル測位および応答システムの一実施形態を示す
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、ローカル測位および応答システムについて説明する。以下の例示的な記載において、多くの具体的な詳細は、本発明の実施形態のより完全な理解を提供するために述べられるものである。しかし、本発明は、本明細書に記載される具体的な詳細の全ての態様を組み込まずに実施され得ることは、当業者には自明であろう。他の例では、本発明を不明瞭にしないために、当業者に周知の具体的な特徴、量、または測定値は、詳細には説明していない。本明細書において本発明の複数の例が述べられるが、本発明の境界を定義するものは、特許請求の範囲、および任意の等価物の全範囲であることを、読者は留意すべきである。
【００３１】
図１は、ローカル測位および応答システムと共に用いられ得る例示的な構成要素を含む、ローカル測位および応答システムの少なくとも１つの実施形態のアーキテクチャを示す図を示す。そのようなシステムは、ローカルエリア１０６に対するそれぞれの位置を各装置が決定するための機構を提供する。このローカル測位は、世界的な基準座標系に対する絶対的な位置を提供するＧＰＳのようなシステムとは対照的なものである。本システムの一部の実施形態には、ＧＰＳまたは類似の絶対的測位システムも組み込まれ得るが、本発明の実施形態は、ＧＰＳまたは他の衛星に基づく測位は必要としない。本発明の実施形態は、これらの装置が、それぞれのローカル位置に部分的に基づいて、本システムからのメッセージに応答することを可能にする応答システムを提供し得る。
【００３２】
１以上の実施形態は、ローカル測位および応答をコーディネートするサーバコンピュータ１０１を含む。一部の実施形態では、サーバのハードウェアは、例えばＵＮＩＸ（登録商標）ベースのオペレーティングシステムを実行する耐久性を高められた高性能ラップトップ等の、アウトドア使用のために耐久性を高められたものであり得る。一部の実施形態は、高可用性のために、１以上のバックアップサーバを含み得る。
【００３３】
サーバコンピュータは、個々の装置による測位および応答をガイドするために用いられるメッセージ１０２を格納または生成し得る。他の制御および較正メッセージもサーバによって格納または生成され得る。
【００３４】
本システムは、１以上のビーム送信ユニット１０３を含み得る。これらのユニットは、本システムの測位機能の構成要素を提供する。各ビーム送信ユニット１０３は、成形ビーム信号１０５を生成する複数の成形ビームアンテナ１０４を有し得る。図１に示されている実施形態では、２つのビーム送信ユニットのうちの一方は２つの成形ビームアンテナを有し、他方は３つの成形ビームアンテナを有する。これらの成形ビーム信号１０５は、ローカルエリアの一部分、例えば１０７に同報される。ローカルエリア１０６全体をカバーするために、複数のビーム送信ユニットが用いられ得るが、一部の実施形態では、エリアのサイズおよび送信器ユニットの特定の実施形態に応じて、単一のビーム送信ユニットのみが用いられる。各成形ビーム信号１０５は、空間内の各地点においてビームアンテナからのこの地点までの距離およびビームアンテナの中心光線からのこの地点の方向の関数としての所定の強度プロファイルを有する。スタジアム用途の一実施形態では、ビームは、中心線から１０〜１５度離れて向けられ得る。ミュージアム用途では、ビームは、中心線から３０〜４５度離れて向けられ得る。ビームがそれぞれ異なる強度を有して或るエリアで重複することを可能にする任意のアンテナパターンまたは形状の、少なくとも１つの出力ローブの他の任意の角度も、本発明の趣旨に沿うものであり、中心線から離れた異なる方向に異なる信号を送信し得る任意のフェーズドアレイアンテナも包含される。フェーズドアレイアンテナは、フェーズドアレイアンテナによって複数の重複する成形ビームが形成される限り、本発明の趣旨に沿う複数の成形ビームアンテナと等価であると見なされる。ビーム送信ユニットは、有線または無線ネットワークによってサーバコンピュータに接続され得る。一部の実施形態では、成形ビーム信号が一定であり、メッセージを送信するためには用いられない場合には、サーバは、ビーム送信ユニットへの接続を必要としない場合もある。
【００３５】
図２は、これらの成形ビーム信号が、応答ユニットが配置され得る平面領域１０６上で重複している一実施形態を示す。
【００３６】
図３は、４つの成形ビームアンテナ１０４を有するビーム送信ユニット１０３の一実施形態の正面図および側面図を示す。この実施形態では、各ビームアンテナは、僅かに異なる方向に向けられており、成形ビーム信号が互いから幾分オフセットされつつ、ローカルエリアの実質的な部分において重複するようになっている。
【００３７】
再び図１を参照すると、本システムは、成形ビーム信号を送信することに加えて、サーバによって格納または生成されたメッセージ１０２を送信し得る。これらのメッセージは、ビーム送信ユニット１０３を介した成形ビーム信号の一部として信号１０５を介して送信されてもよく、または、例えば１１０等の別のメッセージ送信ユニットを介して送信されてもよい。１以上の実施形態において、これらのメッセージは、個々の装置に対してアドス指定またはルーティングされるのではなく、ローカルエリア１０６または例えば１１１等のローカルエリアの一部分に対して同報される。一部の実施形態では、メッセージ送信ユニットは、有線または無線ネットワークによってサーバに接続され得る。一部の実施形態は、複数の送信ユニットが適切な同期された時間にコマンドを送信するのを可能にするために、サーバとメッセージ送信ユニットまたはビーム送信ユニットとの間で同期されたクロックを用い得る。
【００３８】
１以上の実施形態は、成形ビーム信号またはメッセージの送信に無線周波数信号を用い得る。一部の実施形態は、これらの送信に、可視光または不可視光（例えば赤外線等）の光信号を用い得る。成形ビーム信号１０５およびメッセージ１０２の送信のための信号１１２は、同じスペクトルまたはそのスペクトルの異なる部分を用い得る。どちらのタイプの送信にも、電磁波スペクトルの任意の部分が用いられ得る。より高い周波数の実装例では、ローカル発振器がより高い周波数を生じるのは困難であるため、最後に一方のアンテナまたは別個のアンテナから復調信号も送信され、応答ユニットが受信した復調信号を用いて信号を復調し得るようにされ得る。当業者には認識されるように、復調プロセスは、応答ユニットが供給された復調信号を用いて、搬送波からメッセージを抽出することを可能にする。従って、１以上の実施形態において、応答ユニットは、よりエネルギー効率的な、より小型の、より低価格の実装、またはそれらの任意の組合せを提供するために、さほど洗練されていない電子装置を有して実装され得る。
【００３９】
成形ビーム送信器を含む送信ユニットおよびメッセージ送信器の例示的な一実施形態は、以下の構成要素を含み得る。これらの構成要素は単に説明的なものであり、他の実施形態は、異なる構成要素を用いてもよく、または、機能性を異なるユニットに分割してもよく、それも本発明の趣旨に沿う。例示的な送信ユニットは、産業用のシングルボードコンピュータ（ＳＢＣ）、赤外線（ＩＲ）グリッドプロジェクタ、および成形ビームアンテナを駆動する幾つかの無線周波数（ＲＦ）送信器を含む。サーバコンピュータおよびＳＢＣコンピュータは、例えば高速イーサネット（登録商標）ネットワーク等の通信ネットワークを介してリンクされ、適切な送信器にグラフィックスコマンドを配信するカスタムソフトウェアを実行する。ＳＢＣはコマンドを受信して、それらを、サーバクロックと同期されたローカルクロックからトリガされる適切なインターバルで送信器にルーティングする。また、ＳＢＣはＩＲグリッドプロジェクタを駆動し、システム健康状態コマンドを送り返し、これはサーバによって継続的にモニタリングされ、ログに記録される。
【００４０】
本発明の複数の実施形態は、位置決定を反復して行うことに備えるために、２つの成形ビームを用い得る。この場合、例えば、応答ユニットが各ビームから等しい電力を取得した場合には、それらは例えば２つの信号の間の線上に配置されている。応答ユニットにおいて送信器ユニットからの距離を決定するために電力の絶対値の感知を用いることによって、位置が決定され得る。或いは、またはそれと組み合わせて、電力と関連づけられた１組の比の数値を通して反復して、エリアに対してメッセージを送信し、この場合、その電力比を観察している任意の応答ユニットが、識別子を有するメッセージをその識別子に関する出力時間において応答し、本システムは、その出力およびコードを検出して、例えば所与のレートでＩＲ画像をサンプリングし、特定の時間に特定のコードを有するメッセージをアサートした応答ユニットを検出することによって特定の応答ユニットの位置を決定し得る。次に、本システムは、そのコードと共に位置を送り返し、このように協働して位置決定が行われ得る。
【００４１】
３つまたは４つの成形ビームを用いる実施形態は、効率的な位置決定機能を提供し得ると共に、２以上の軸に沿った位置決定を提供するために例えば３つ以上の成形ビームからの電力比を比較することによって、応答ユニットに対してローカルな位置決定を可能にする。
【００４２】
ＲＦモジュールは、例えばｅＺ４３０−ＲＦ２５００Ｔ等の、マイクロコントローラおよびＲＦトランシーバを内蔵した市販のトランスミッターボードを含み得る。クライアントＳＢＣは、ＵＡＲＴインターフェースを介して、基板に取り付けられたマイクロコントローラと通信し得る。クライアントＳＢＣは、例えば必要最低限のものだけを備えたＬｉｎｕｘ（登録商標）等のほぼリアルタイムのオペレーティングシステムを実行し得る。１以上の実施形態は、１００μ秒より良好な分解能を有する同期されたクロックを保持するために、ほぼリアルタイムのものとして実装され得る。これは、パケット干渉を生じずに５００Ｋｂａｕｄの帯域幅を通して高データレートを可能にする。他の任意の同期の閾値も、システムの所望の精度およびコストに応じて、本発明の趣旨に沿うものとして用いられ得る。
【００４３】
１以上の実施形態において、送信器の出力電力は、動作状況、特に信号送出（throw）距離に合わせられる。許容可能な空間的分解能を達成するために、受信器は、そのダイナミックレンジの中央で動作されてもよく、従って、ノミナルな送信器電力は、具体的な設置に合わせて選択されるのが一般的である。電波の伝搬は、電力が送信器からの距離の二乗で減少するようになっており、信号送出距離が２倍になる毎に、送信器電力は４倍に増加する。特定の高ＲＦバックグラウンドノイズ環境においては、電力を増加させて、受信器のダイナミックレンジの一番上に近いところで動作させるのが、実効ＲＦ干渉が低減されるので有益であり得る。
【００４４】
ＩＲグリッドプロジェクタは、ＬＥＤの代わりにＩＲ源を用いるよう改造されたＬＥＤベースのＤＬＰプロジェクタであり得る。グリッディングコードは、チェックサムを有するグレイコードフレームを含んでもよく、フレームは予め計算されてＳＢＣに格納されてもよく、例えば６０ｆｐｓ等の適切なフレームレートで繰り返され得る。従って、本発明の１以上の実施形態では、応答ユニットに対しておよそ３回／秒の高忠実度の座標確定が利用可能である。１以上の実施形態において、これは、カメラが、エリアに投影されたパターンを、歪み補正の目的で例えば不可視のＩＲ光を用いて検出するのを可能にする。１以上の実施形態において、特定の応答ユニットがパターンに一致しない光を表示している場合、例えば、応答ユニットがその応答ユニットのローカル位置を正しく計算していない場合には、サーバは、各ユニットに対して、どの応答ユニットが位置を不正確に決定しているかを決定するためのメッセージを送信し得る。サーバは、複数の応答ユニットに繰り返し点滅するようコマンドして、誤った位置を計算している応答ユニットを決定し、その応答ユニットにオフになるよう指示するか、または、その応答ユニットに正しい位置を指示し得る。また、複数の実施形態は、どの応答ユニットが特定の位置、例えば誤った位置にあるかを決定するために、複数の応答ユニットに並行して、コードを効果的に表示するための符号化された一連のＩＲオン／オフ信号を送信するようコマンドしてもよく、または、特定の時点で選択的にオンまたはオフになるようコマンドしてもよい。
【００４５】
本明細書においては応答ユニットと称する１以上の装置は、ローカルエリア１０６内に配置される。一部の実施形態では、ローカルエリア中に、例えば数千、数万、数十万、またはそれより多い多数の応答ユニットが配置され得る。これらの応答ユニット１２０は、成形ビーム信号１０５およびサーバからのメッセージ１０２を受信するよう構成される。成形ビーム信号受信器１２１およびメッセージ受信器１２２は、例えば本システムが成形ビームを介してまたは同じ一般的な周波数範囲を用いてメッセージを送信する場合には、同じ受信器であってもよく、または、例えば異なる周波数または信号タイプ（例えば、無線通信または光に基づく信号）を用いる異なる受信器であってもよい。応答ユニットは、受信した成形ビーム信号を用いて応答ユニットのローカル位置を計算するプロセッサ１２４を含む。このローカル位置およびサーバから受信したメッセージに基づき、各プロセッサは、その特定の応答ユニットに適した個々の応答を決定する。
【００４６】
応答ユニットによる応答は、本明細書においてアクションモジュールとして参照される構成要素によって実行される。各アクションモジュールは、例えば光、音、または触覚的信号、衝撃、温度、もしくは他の任意のタイプの信号を含むがそれらに限定されない他の任意の物理的信号等の１以上の物理的信号を発しまたは調整し得る。図１は、２つのアクションモジュール１２３ａおよび１２３ｂを有する応答ユニットを示しており、１２３ａは光を発し、１２３ｂは音を発する。他の実施形態は、異なる数および異なるタイプのアクションモジュールを用い得る。本システム全体は、ローカルエリア内の異なる場所に配置された複数の応答ユニットが、同報信号１０５およびメッセージ１０２に基づく位置依存性の出力を生成するための機能を提供する。例えば、本システムは、スタジアム内の観客によって持たれた多数の応答ユニットを用いて、複雑な形状およびパターンを有する光のショーを生成するために用いられ得る。一部の実施形態は、応答ユニットのアクションモジュール内に、カラー表示に備えたカラーＬＥＤを含み得る。他の実施形態は、同期された光および音のショーをサポートするために、アクションモジュール内にＬＥＤおよび音声出力の両方を有し得る。
【００４７】
応答ユニットの例示的な一実施形態は、以下の構成要素を含み得るが、これらは単に説明の目的であり、他の実施形態は、他の構成要素を用いてもよく、または、複数の異なるユニットに機能性を分割してもよい。そのような実施形態は、長時間にわたって容易に装着可能または容易に片手で携帯可能なように、小さなサイズにパッケージ化することができる。（１）例えば１．５Ｗの出力を有するＬＥＤ。（２）幾つかの送信形式、変調オプション、受信器の微調整および周波数／電力制御、並びに５００Ｋｂａｕｄのデータスループットを提供するＴＩ社のＣＣ２５００ＲＦトランシーバ。（３）ＣＣ２５００と通信するための市販のライブラリ機能、および例えば音楽イベント等のロングランショーのための良好な選択肢である非常に低い電力使用量を有するＭＳＰ４３０ファミリーマイクロコントローラ。（４）約５０ｋＨｚで動作し、広い指向性（＞４５°）を有する、Ｖｉｓｈａｙ社のＴＳＯＰ３８４５６と類似のＩＲ受信器チップ。（５）電圧ブースター回路と結合された例えばアルカリ単４電池、または一対のＣＲ２バッテリー等の、バッテリー電源。（６）ＬＥＤを覆う透明な拡散窓を有するプラスチックのシェルに収容されたＬＥＤ、ＲＦ受信器、プロセッサ、およびバッテリーを収容する電子基盤。更に、応答ユニットの複数の実施形態は、インターネットプロトコル通信要素または他の任意のタイプのアドレス可能な通信構成要素も含み得る。これは、１以上の実施形態がインターネットとインタラクションすること（例えばモノのインターネット（ＩｏＴ）の一部になること）を可能にし、一方、他の実施形態は、応答ユニットがインターネットの観点では匿名のままであるように、ＩＰアドレスを含まないメッセージングを用い得る。ＩＰアドレス、ＩＰ通信、または他の重い通信プロトコルを用いない複数の実施形態は、帯域幅の観点からは非常に効率的なままである。
【００４８】
１以上の実施形態において、本システムは、複数の応答ユニットからの観察された応答に生じ得る歪みを補正するよう構成され得る。これらの歪みは、例えば、信号の反射または減衰、他の信号の干渉、またはローカルエリアの形状等の様々な理由から生じ得る。例えば、本システムの一実施形態は、光を発する応答ユニットを観客に与えることにより、スタジアム上で大きな画像を作るために用いられ得る。スタジアムのスタンドの形状は、表示される画像に幾分の歪みを生じ得る。スタジアムに設置されたシステムの実施形態が図４に示されている。サーバ１０１は、ネットワークスイッチ４０１によって６つのビームおよびメッセージ送信器１０３に接続される。これらの６つの送信器は、それぞれの成形ビーム信号１０５でスタジアム４０２のスタンドの大部分をカバーするよう設置される。
【００４９】
本システムの１以上の実施形態は、歪みの測定および補正のために特殊なテストパターンメッセージを用い得る。そのようなシステムの一実施形態が図５に示されている。そのようなテストパターンメッセージ５０１が送信され、応答ユニット１２０は例えば光５０２等の可視出力で応答し得る。本システムは、これらの出力を観察できるカメラ１３０を含んでもよく、観察された画像５０３を処理するためにサーバ１０１に送信してもよい。システムのカメラから観察された画像５０３を、テストパターン５０１の理想的な期待される画像と比較することにより、サーバは、環境によって生じた歪みを決定できる。サーバは、次に、後続の出力の歪みが抑制されるように、歪みに対して補正５１０を適用できる。これらの補正は、平行移動、回転、拡大または縮小、ワーピング、色マッピング、シェーディング、および非線形変換を含むが、それらに限定されない、画像に対する様々な変換で構成され得る。１以上の実施形態において、テストパターンが応答ユニットによって出力されるどの可視光パターンとも干渉しないように、応答ユニット上において例えば光５０２等のＩＲ光を駆動するためにＩＲグリッドプロジェクタが用いられ得る。この実施形態は、例えばランタイム較正を可能にする。
【００５０】
例えば、一部の実施形態では、歪み補正は、応答ユニットによって構成される画像を観察するための所望の平面に対する、これらの応答ユニットの平面の回転およびスキューを考慮することを含み得る。画像歪みの解析は、以下の透視変換、即ち、観察された画素をテストパターン画素に合わせるための最良の変換を決定することを含み得る。
【００５１】
【数１】
0006465886.tif 000002
【００５２】
例えば最小二乗最適化等の技術は、観察された画像がテストパターンと最も近く位置合わせされる最適な投影マトリクスを決定できる。次に、この透視変換を後続の画像に適用できる。例えば、テストパターン中の各画素ｉは、均質座標内の点で表され得る。
【００５３】
【数２】
0006465886.tif 000003
【００５４】
観察された画像内の各画素ｉは、均質座標内の点で表され得る。
【００５５】
【数３】
0006465886.tif 000004
【００５６】
最適な投影変換Ｐを最小二乗法で決定すると、誤差Σｉ｜ｒｉ−Ｐｓｉ｜２が最小化される。
【００５７】
カメラを有する本システムの複数の実施形態において、カメラはスタンドアロンであってもよく、または、成形ビーム送信ユニットに取り付けられてももしくは統合されてもよい。図１は、ビーム送信ユニット１０３に取り付けられた１つのカメラ１３０と、２つの更なるスタンドアロンカメラ１３０とを有する、両方の可能性を示す。一部の実施形態は、テストパターンの生成および解析のために、例えば赤外線等の非可視の光周波数を用い得る。図５に示されているように、そのような実施形態において、応答ユニットは、例えば赤外線エミッタ５０４を有してもよく、カメラ１３０は、赤外線キャプチャ要素を含んでもよい。例えば、カメラ１３０は、ＩＲフィルタを備えたモノクロの産業用「イーサネット」カメラを含む。非可視光を用いる利点は、本システムの人間の観察者に、生じているテストパターンまたは歪み補正処理を見えなくし得ることである。
【００５８】
１以上の実施形態において、複数の応答ユニットの一部または全てには、センサも組み込まれ得る。図１は、加速度センサ１２５を有する応答ユニットを示す。この場合、応答を指揮するサーバからのメッセージは、ローカルセンサの読取値および計算された各応答ユニットのローカル位置の両方に依存する応答を行い得る。例えば、仕事場にいる職員に、温度センサを含む応答ユニットが与えられ得る。これらの応答ユニットは、温度が危険なほど高くなった場合に警告光または警告音を発するようコマンドされ得る。用いられ得るセンサは、加速度計、ジャイロスコープ、レート・ジャイロスコープ、圧力センサ、温度センサ、磁力計、人間生理学のセンサ、深度センサ、モーションセンサ、速度センサ、または近接センサを含み得るが、それらに限定されない。
【００５９】
一部の実施形態では、応答ユニットからサーバへとセンサ読取値を送り返すのが望ましい場合もある。これらの実施形態において、応答ユニット１２０の一部または全ては送信器１２６を含んでもよく、サーバは、応答ユニット１２０から送り返されたメッセージ１２７を受信する１以上の受信器１３１に取り付けられてもよい。一部の実施形態では、サーバは、応答ユニットからのセンサデータを要求するメッセージ１０２を送信するよう構成され得る。一部の実施形態は、センサ読取値に対する基準を指定すると共に指定された基準を満たす場合のみセンサデータを送信するよう応答ユニットに指示するメッセージを含み得る。例えば、サーバは、閾値を超えるセンサ読取値を周期的にポーリングしてもよい。
【００６０】
１以上の実施形態において、応答ユニットは、１以上のユーザ入力装置も含み得る。そのような装置は、例えばキーパッド、タッチスクリーン、ボタン、またはジョイスティックを含み得る。図１は、キーパッド１２８が取り付けられた応答ユニット１２０の一実施形態を示す。センサデータと同様に、応答ユニットは、サーバにユーザ入力を送り返すための送信器１２６を有して構成されてもよく、サーバは、所望に応じてユーザ入力データポーリングするよう構成されてもよい。
【００６１】
応答ユニット内のアクションモジュールは、光、音、振動、非可視光、電気、衝撃、バズ音、温度、または他の任意の物理的信号を含むが、それらに限定されない様々なタイプの物理的信号を発しまたは調整し得る。
【００６２】
一部の実施形態では、応答ユニットは、人によって着用可能であってもよい。例えば、応答ユニットは、衣服または身体の一部に取り付けるためのストラップ、ピン、クリップ、ランヤード、または他の取り付け装置を含み得る。一部の実施形態は、応答ユニットを、衣類、帽子類、または例えば装身具や時計等のアクセサリに組み込み得る。他の実施形態では、人が手で応答ユニットを持ってもよい。
【００６３】
応答ユニットは、受信した複数の成形ビーム信号の強度を用いて、それぞれのローカル位置を計算し得る。一部の実施形態では、成形ビーム信号の強度パターンは略ガウス形状であってもよく、このパターンはローカル位置の計算を簡単にすることができる。
【００６４】
図６は、そのようなガウス形状信号および位置計算の一実施形態を示す。図示されるように、成形ビームアンテナの照準に対して略垂直な平面上に、２つの成形ビーム信号１０５が投影されている。各ガウス形状成形ビーム１０５は、この平面内の位置ｒ（６０１）において、
【００６５】
【数４】
0006465886.tif 000005
【００６６】
によって定義される強度Ｉを有し、ここで、ｒｃは平面内におけるビームの中心光線の位置であり、Ｉ０およびσはそのビーム送信器の特性である定数である。２つのビームの一方について、中心光線と平面との交点はｒ１（６０２）であり、他方のビームについてはｒ２（６０３）である。ガウス形状のビームについて、強度の対数は、垂直な平面におけるローカル位置を決定するための簡単な計算を可能にする。強度の自然対数は、ｌｎＩ＝ｌｎＩ０−｜ｒ−ｒｃ｜２／２σ２である。２つのビームが同一の形状を有するが異なる方向に向けられている場合、異なる中心光線ｒ１、ｒ２を有する２つの成形ビーム信号の相対強度を用いると、強度の対数の差は、
【００６７】
【数５】
0006465886.tif 000006
【００６８】
となり、ここで、ｒ・ｒ１２の項は、ビーム中心間を結ぶ線に沿った位置の投影であり、｜ｒ１２｜２はビーム中心距離の二乗である。σ２および｜ｒ１２｜の項は、ビーム強度プロファイルの既知の特性であり、従って、ｒ・ｒ１２は容易に計算できる。図６に示されているように、ビーム中心間を結ぶ線に沿った一次元の位置ｄ６０４は、
【００６９】
【数６】
0006465886.tif 000007
【００７０】
によって与えられる。この計算に必要なのは、足し算および掛け算または割り算のみであり、これにより、安価なマイクロコントローラを用いて、この課題を迅速に達成することが可能になる。無線受信器は受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）および対数スケールを提供していること多いので、信号強度の対数は直接入手可能であることが多い。
【００７１】
一部の実施形態では、ローカル位置は、応答ユニットによって、複数の成形ビーム信号の強度の絶対値ではなく相対強度を用いて計算され得る。この手法は、同じビーム送信器から発せられるビームの多くの歪みを自動的に補償するという長所を提供する。同じ受信器からの複数のビームに等しく歪みが生じている場合、それらのビームの相対的な信号強度は、これらの歪みに関わらず同じままである。引き続き上記のガウス形状の信号の例において、強度定数Ｉ０は位置計算には用いられず、従って、２つのビームの相対強度のみが用いられる。
【００７２】
ローカル位置の正確な計算は、ビーム送信ユニットおよび成形ビーム信号の製造、設置、および較正の精度に部分的に依存する。複数の異なる実施形態は、それぞれの用途に適した精度レベルを用い得る。例えば、複数の実施形態は、３フィート以内、１フィート以内、もしくは１インチ以内、即ち、およそ１ｍ、０．３ｍ、２．５ｃｍ、または特定の用途によって所望される他の任意の精度まで正確なローカル位置を可能にし得る。
【００７３】
一部の実施形態は、計算された位置が正確且つ信頼性の高いものとなるようよく位置合わせされた、高品質のビームを投影する成形ビームアンテナを用いる。アンテナ製造の精度は、正確な位置決定を達成可能にする。一部の実施形態では、成形ビームアンテナの寸法は、０．５ｍｍの精度まで維持され得る。更に、ビーム方向は、ユニットの平面におけるビームスポットの不確実性が、所望の精度を可能にするための期待される位置精度未満となるよう、位置合わせされ得る。およそ１フィート（およそ０．３メートル）の所望の精度を有するノミナルな動作状況では、これは、１ｍｒａｄ未満の位置合わせ精度となる。この精度は、市販の照準および測量ツールを用いて達成可能であり、適切な機械的取付けは、この位置合わせを無期限に保持すべきである。一部の実施形態では、アンテナは、ビーム形状を改善すると共にサイドローブを制御するために、付加的な吸収要素も有し得る。
【００７４】
一部の実施形態は、１組の応答ユニット上における画像の表示に備えている。例えば、上述のように、本システムの実施形態は、光を発する応答ユニットを観客に与えることにより、例えばスタジアム等のエリア内に、大きな画像、テキストメッセージ、およびビデオ、またはそれらの任意の組合せを作るために用いられ得る。これらの実施形態の一部において、サーバコンピュータは、１以上のグラフィカルな画像を格納または生成し、複数の応答ユニットに、これらの画像を応答ユニット上で表示するためのメッセージを送信し得る。一部の実施形態は、各応答ユニットを画像中の画素として扱い得る。各応答ユニットのプロセッサは、その位置を計算して、その位置および画像サーバから受信したメッセージに基づき、その応答ユニットから発する光の強度および色を決定する。全ての応答ユニットの組合せが全体画像を構成する。これは図７に示されており、サーバ１０１はビーム送信器１０３を介して、ローカルエリア１０６に対して成形ビームおよびメッセージを送信している。ローカルエリア内には多数の応答ユニット１２０が配置されており、各応答ユニット１２０は、光を発して、画像７０１の単一の画素を構成するよう装備されている。図８は、スタジアム４０２全体に適用されたそのような画像表示の一実施形態を示す。ここで、画像７０１はスタジアムのスタンドにわたって広がっており、各観客が、その画像の１つの画素を設けている。また、サーバは、１つの画像を複数のサブ画像に分割して、複数のサブ画像から全体画像を構築するために、複数のグループの応答ユニットにそれぞれ異なるメッセージを送信してもよい。
【００７５】
一部の実施形態では、グラフィカルな画像を表示するためのサーバからのメッセージは、１以上の形状の記述を含み得る。図９は、このタイプのグラフィカルなメッセージを用いたシステムの一実施形態を示す。例えば、これらのメッセージ１０２は、例えば長方形、三角形、円形、または他の任意の形状等の形状９０１のタイプ、外周９０４を定義する形状上の点、および形状の内部９０２および外部９０３の色を識別し得る。これらのメッセージは、ローカルエリア１０６内の応答ユニットに同報され得るものであり、各応答ユニットは、その位置に基づき、その応答ユニットが形状の内部にあるかまたは外部にあるかを決定し得る。そのような技術は、可能性として多数の応答ユニットによって生成される表示９１０を制御するためにメッセージ１０２を同報することを可能にする。
【００７６】
一部の実施形態では、形状を有するメッセージは、更に、形状の経時的な動きを定義し得る。例えば、或るメッセージは、形状の動きの方向および速度を定義する速度ベクトル９２０を含み得る。応答ユニットは、この動きデータを用いて、それらの経時的な表示９１０、９２１を計算することができる。そのような技術は、或る時間にわたる表示の変化を単一のメッセージで制御できるので、サーバと応答ユニットとの間での通信をより効率的にする。
【００７７】
他の実施形態では、サーバからのメッセージは、例えば現在の時間のタイムスタンプ、アクションの同期のための他のタイミング情報、動きの必要な長さ、または周期的もしくは反復的な動きの記述等の更なる情報を担持し得る。他の実施形態は、例えばマルチレイヤ形状、パラメータ化された形状もしくは曲線、テクスチャコード等のより洗練されたグラフィックを用い得る。一部の実施形態では、ローカル位置の計算を補助するために、送信器の較正された位置、または成形ビーム信号の所定の形状の定義が送信され得る。
【００７８】
一部の実施形態では、サーバからのメッセージは、誤差検出コードまたは誤差補正コード９０５を含み得る。一部の実施形態はサーバからの同報メッセージを用いるので、信頼性の高い通信を確実にするために肯定応答または再送信を用いるのは、一部の実施形態では効率的でない場合がある。誤差検出または補正コードをメッセージに埋め込めば、複雑な双方向通信を行うことなく、これらの同報メッセージの信頼性が向上する。
【００７９】
本システムの一部の実施形態についてのローカルエリアは、（４０２に示されている）スポーツスタジアム、スポーツフィールド、コンサートホール、円形劇場、劇場、トラック、体育館、またはアリーナを含み得るが、それらに限定されない。
【００８０】
本システムの一部の実施形態についての用途は、ローカルエリアの一部分を囲む仮想フェンスを設けることを含み得る。図１０は、ローカルエリア１０６の一部分をカバーするよう定義された仮想フェンス１００１を有するそのような実施形態を示す。これらの実施形態において、応答ユニット１２０には、応答ユニットがこの仮想フェンスで囲まれた部分の境界１００１から出るまたは境界１００１に近づくように移動した際に作動されるフィードバック装置が備えられ得る。例えば、装着者がフェンスで囲まれた部分から離れるのを止めるために、応答ユニットの装着者に衝撃１００２が与えられ得る。
【００８１】
１以上の他の実施形態における他の用途において、本システムは、定義されたエリア内への装置またはユーザの接近または進入についての他のユーザに対する警告を提供し得る。例えば、１以上の実施形態において、応答ユニットは、車輌に統合されてもよく、安全上の危険となり得る定義されたエリアが、本システムによって定義および／または別様で検出され得る（上述の仮想フェンスと幾分類似している）。そのようなエリアに車輌が接近すると、車輌内の応答ユニットの一実施形態は、その応答ユニットの位置を検出して、サーバにその接近を知らせ得る。次に、サーバは、例えば道路標識、道路の反射材、または他の車輌に埋め込まれた他の応答ユニットに、メッセージを送信し得る。これらの応答ユニットは、他の運転手に別の車輌の接近を警告するために点灯するようコマンドされ得る。そのようなシステムは、例えば、見通しのきかない曲がり角付近で、車輌に別の車輌の接近を警告するために用いられ得る。１以上の実施形態において、１以上の車輌は、応答ユニットの一実施形態も含んで、例えば別の車輌に取り付けられた他方の応答ユニットから所定の距離（例えば、１００メートルまたはその土地の法律に従ったローカルな限度）以内にいるときに、自動的にヘッドライトを暗くし得る。１以上の実施形態は、車輌によってアクセス可能な路上、車輌付近の道路標識上、または車輌内の応答ユニットによって決定された位置に基づき、車輌のオーディオシステムの音量も下げて、警告音を鳴らすかまたは別様で対向車線に対して車輌を準備し得る。或いは、またはそれと組み合わせて、１以上の実施形態は、道路状態を検出して、事象を位置でタグ付けし、その道路状態（例えば、車輌内のスリップ検出モジュールおよび／または加速度計によって検出された氷）に接近している他の車輌が、或る位置および例えば時間におけるその道路状態について警告されるようにしてもよい。雪、氷、水、または他の任意の物理的状態を検出して、その位置を含むメッセージを送信し得る道路標識も、本発明の趣旨に沿うものである。
【００８２】
他の実施形態における他の用途は、スポーツプレイヤーが規定の位置、エリア、または軌道の中または外へと移動した際の、スポーツプレイヤーまたはコーチに対するフィードバックを含み得る。図１１は、練習中のフットボールの受け手が、特定のパターンを走ることを練習しているか否かを確認するために用いられる、そのような実施形態を示す。プレイヤーは、プレイヤーが正しいパターンを走っていない場合には点灯するまたは異なる色に変わる応答ユニットを装着し得る。このフィードバックは、プレイヤーが間違えたことをコーチに警告し得る。図示されている例では、応答ユニットを装着しているプレイヤー１１０１は、位置１１０２で終わるパターンを走ることになっているものとする。その代わりにプレイヤーが軌道１１０３を走ると、そのプレイヤーの応答ユニットは、その間違いについての視覚的フィードバック１１０４を提供する。
【００８３】
図１２は、賞を授与する、または別様で応答ユニットのサブセットを示すためのシステムの一実施形態を示す。例えば、サーバメッセージは、授与の対象である特定の位置を選択して、賞を獲得したそれらの位置内のみにある応答ユニットにフィードバックするためにメッセージを送信し得る。授与または賞の対象の応答ユニットの選択は、例えばランダムであってもよく、位置に基づいてもよく、センサ読取値に基づいてもよく、またはユーザ入力に基づいてもよい。応答ユニットは、スタジアム４０２内の観客に分配される。イベントを通して様々な画像が表示されるが、或る時点で、観客の一部分のみが賞を受信するというアナウンスが行われる。そして、スタンド内に画像１２０１を設けるために表示が変更され、その画像内にいる観客が賞を受信する。或いは、またはそれと組み合わせて、くじのスタイルの用途において、またはミュージアム、アートギャラリー、もしくはスカベンジャー・ハントの状況においては特定の位置に関する情報を示すために、単一の応答ユニット１２０１ａがアサートされるか、または別様で応答ユニット１２０１ａに情報が表示されてもよく、或いは、列もしくは他の幾何学的形状に基づく１組の応答ユニット１２０１ｂ（例えば勝った列等）がアサートされるかまたは別様で情報もしくは機能が提供されてもよい。
【００８４】
本明細書で開示される本発明を、具体的な実施形態およびその応用例を用いて説明したが、それらに対して、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲を逸脱することなく、当業者によって多くの変更および変形が行われ得る。
【符号の説明】
【００８５】
１０１  サーバコンピュータ
１０２  メッセージ
１０３  ビーム送信ユニット
１０５  成形ビーム信号
１０６  ローカルエリア
１１０  メッセージ送信ユニット
１１２  信号
１２１  成形ビーム信号受信器
１２２  メッセージ受信器
１２４  プロセッサ
１２５  加速度センサ
１２６  送信器
１２８  キーパッド
１３０  カメラ
５０１  テストパターンメッセージ
５０２  光
５０４  赤外線エミッタ
１００１  仮想フェンス
【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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