(57)【要約】  磁気感知技術は、磁場内の変化又は擾乱（例えば、磁場強度の変化）を検出するために使用することができ、また、磁気源に近接した電子デバイスの正確な場所／位置決めを測定するために使用することができる。地球の静磁場による干渉を回避するために、変調磁場を磁気ベースの近接感知に使用することができる。受信した変調磁場信号を復調して、変調磁場のソースに対するセンサの近接度を判定することができる。変調磁場を受信することに基づいた、手袋などのデバイス又は指先ノードを有するデバイスを使用して、ユーザの手の位置を検出することができる。
2021514509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムに含まれ、ユーザの手の上に装着されるように構成されている制御デバイスであって、前記制御デバイスは、
１つ以上の変調された電磁場を生成するための磁場発生器と、
複数の磁気センサであって、各磁気センサは手又は指に近接し、
１つ以上の変調された電磁場を受信し、
前記受信した１つ以上の変調された電磁場を復調して、複数の復調信号を作成するように構成されている、複数の磁気センサと、
前記復調信号を使用して前記ユーザの前記手及び１つ以上の指のうち１つ以上の位置を判定するように構成されているプロセッサと、
を含む、制御デバイス。
【請求項２】
前記プロセッサが、前記判定された位置を使用して、前記ユーザの前記手及び前記１つ以上の指のうちの１つ以上の関節角度を判定するように更に構成されている、請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項３】
前記プロセッサが、無線信号を使用してホストデバイスに通信するように更に構成されており、前記無線信号は、前記判定された関節角度を示す情報を含む、請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項４】
前記情報は、前記ホストデバイスが前記判定された関節角度を使用して、前記手又は前記１つ以上の指の画像をレンダリングすることができるようなものである、請求項３に記載の制御デバイス。
【請求項５】
前記１つ以上の変調された電磁場が、単一の変調された電磁場である、請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項６】
前記１つ以上の変調された電磁場が、第１の変調された電磁場、第２の変調された電磁場、第３の変調された電磁場、及び第４の変調された電磁場を含み、
前記プロセッサが、
前記第１の変調された電磁場を使用して前記ユーザの右手の前記位置を、
前記第２の変調された電磁場を使用して前記ユーザの左手の前記位置を、
前記第３の変調された電磁場を使用して前記ユーザの前記右手の全ての指の前記位置を、そして、
前記第４の変調された電磁場を使用して前記ユーザの前記左手の全ての指の前記位置を、
判定する、
請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項７】
前記１つ以上の電磁場が異なる周波数を含み、更に前記位置の前記判定が、前記ユーザの前記１つ以上の指の前記位置の判定である、請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項８】
前記異なる周波数のそれぞれが、前記ユーザの前記指の前記１つ以上の前記位置に固有である、請求項７に記載の制御デバイス。
【請求項９】
前記異なる周波数のうちの少なくとも１つが、前記手の前記位置の前記判定に使用される、請求項７に記載の制御デバイス。
【請求項１０】
前記異なる周波数が、第１の周波数、第２の周波数、及び第３の周波数を含み、
前記プロセッサが、
前記第１の周波数を使用して前記ユーザの右手の全ての指の前記位置を、
前記第２の周波数を使用して前記ユーザの左手の全ての指の前記位置を、そして、
前記第３の周波数を使用して前記ユーザの前記右手及び前記左手の前記位置を、
判定する、
請求項７に記載の制御デバイス。
【請求項１１】
前記１つ以上の変調された電磁場が複数の変調された電磁場であり、前記位置の前記判定が、前記ユーザの同じ手の１つ以上の指についてである、請求項１に記載の制御デバイス。
【請求項１２】
制御デバイスを動作させる方法であって、前記方法は、
前記制御デバイスに含まれる磁場発生器を使用して、１つ以上の変調された電磁場を生成することと、
複数の磁気センサによって前記１つ以上の変調された電磁場を受信することであって、前記複数の磁気センサのそれぞれが手又は指に近接している、受信することと、
前記受信した１つ以上の変調された電磁場を復調して、複数の復調信号を作成することと、
前記復調信号を使用して、前記ユーザの前記手及び１つ以上の指のうち１つ以上の位置を判定することと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記判定された位置を使用して、前記ユーザの前記手及び前記１つ以上の指のうちの１つ以上の関節角度を判定すること
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記判定された関節角度を示す情報を含む信号を送信することによってデバイスホストと無線通信することを更に含み、
前記情報は、前記ホストデバイスが前記判定された関節角度を使用して、前記手又は前記１つ以上の指の画像をレンダリングすることができるようなものである、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記１つ以上の変調された電磁場が、第１の変調された電磁場、第２の変調された電磁場、第３の変調された電磁場、及び第４の変調された電磁場を含み、前記位置の前記判定が、
前記第１の変調された電磁場を使用して、前記ユーザの右手の前記位置を判定することと、
前記第２の変調された電磁場を使用して、前記ユーザの左手の前記位置を判定することと、
前記第３の変調された電磁場を使用して、前記ユーザの前記右手の全ての指の前記位置を判定することと、
前記第４の変調された電磁場を使用して、前記ユーザの前記左手の全ての指の前記位置を判定することと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記１つ以上の電磁場が異なる周波数を含み、更に前記位置の前記判定が、前記ユーザの前記１つ以上の指の前記位置の判定である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記異なる周波数のそれぞれが、前記ユーザの前記指の前記１つ以上の前記位置に固有である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記異なる周波数のうちの少なくとも１つが、前記手の前記位置の前記判定に使用される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記異なる周波数が、第１の周波数、第２の周波数、及び第３の周波数を含み、前記位置の前記判定が、
前記第１の周波数を使用して前記ユーザの右手の全ての指の前記位置を判定することと、
前記第２の周波数を使用して前記ユーザの左手の全ての指の前記位置を判定することと、
前記第３の周波数を使用して前記ユーザの前記右手及び前記左手の前記位置を判定することと、
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記１つ以上の変調された電磁場が複数の変調された電磁場であり、前記位置の前記判定が、前記ユーザの同じ手の１つ以上の指についてである、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２０１８年２月２３日に出願の米国仮特許出願第６２／６３４，７８１号の利益を主張し、その開示は本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本出願は、概して、磁気センサベースの近接感知及びその動作のためのデバイス、システム、並びに方法に関する。より具体的には、本開示は、個々の指及び親指の骨の動きを測定することができる磁気センサベースの近接感知に関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気感知技術は、磁場内の変化又は擾乱（例えば、磁場強度の変化）を検出するために使用することができ、また、磁気源に近接した電子デバイスの正確な場所／位置決めを測定するために使用することができる。地球の静磁場による干渉を回避するために、変調磁場を磁気ベースの近接感知に使用することができる。受信した変調磁場信号を復調して、変調磁場のソースに対するセンサの近接度を判定することができる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示は、変調された磁気源に近接した電子デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、他のハンドセット又はウェアラブルデバイス）の正確な場所／位置決めを可能にする磁気センサベースの近接感知アーキテクチャに関する。
【０００５】
より具体的には、これは、磁気センサベースの近接感知アーキテクチャに関する。周波数で変調された差動電圧源対は、対応する変調電流を生成することができる。電磁コイル（例えば、螺旋形、円筒形、又は円形）は、変調電流によって励起され、同じ変調シミュレーションを有する磁場Ｂ（Ｔ）を生成することができる。磁気センサは、変調磁場を受信し、復調を行う。磁気センサと電磁コイルとの間の距離ｄは、復調後の磁場振幅に基づいて判定することができる。異なる磁場方向軸における磁場変化を検出するように整列された複数の磁気センサを使用して、磁場の３次元位置を判定することができ、指及び手の位置を特定する際により多くの情報を提供することもできる。
【０００６】
磁気センサベースの近接感知アーキテクチャの１つの例示的な用途は、１つ以上の指及び／又は手部の動きを追跡するための複数の磁気センサを含むことができる指先ノードを有するデバイスである。それぞれの指先上に磁気センサを配置することによって、例えば、逆運動学を適用して、磁気センサによって検出された近接信号を使用してオブジェクト（例えば、指節骨）の向き、位置、及び角度を計算することができる。
【０００７】
指先ノードを有する制御デバイスはまた、１つ以上の他の電子コンポーネント、例えば進行方向を感知し、容量性タッチを可能にし、及び／又は指先間の接触感知をするための複数の電極を含むことができる。指先ノードを有する制御デバイスはまた、力センサ、触覚フィードバックのためのアクチュエータ、温度センサ、及びヒータを含むことができる。指先ノードを有する制御デバイスは、オンボードコントローラ、コネクタ、送受信機、バッテリなどの論理を更に含むことができる。指先ノードを有する制御デバイスはまた、スクリーン上の手の輪郭をレンダリングするホストコントローラを含むことができる。指先ノードからの信号は、無線技術を使用してホストコントローラに搬送することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
説明される様々な実施例のより良好な理解のために、以下の図面と併せて、以下の「発明を実施するための形態」を参照されたく、類似の参照番号は、それらの図の全体を通して対応する部分を指す。
【図１】本開示の実施例による、磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。
【図２】本開示の実施例による、人間の手の例示的モデルを示す。
【図３】本開示の実施例による、指先ノードを有する例示的な制御デバイスの正面図を示す。
【図４Ａ】本開示の実施例による、指先ノード又は手の上の磁気センサを有する例示的な制御デバイスのブロック図を示す。
【図４Ｂ】本開示の実施例による、例示的な磁気感知回路の電気回路図を示す。
【図４Ｃ】本開示の実施例による、別の例示的な磁気感知回路の電気回路図を示す。
【図５】本開示の実施例による、指先ノード又は手の上の磁気センサを有するデバイスを使用して、手と指及びそれらのそれぞれの骨の場所、角度、並びに動きを判定するための例示的なプロセスを示す。
【図６】本開示の実施例による、スタイラスタブレットシステムにおける磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。
【図７】本開示の実施例による、スマートタブレットカバーシステムにおける磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。
【図８】本開示の実施例による、近距離無線通信システムにおける磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。
【図９】本開示の実施例による別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の実施例の説明では、任意選択的に実践することが可能な特定の実施例が例示として示される、実施例の一部分を構成する添付図面を参照する。開示された実施例の範囲から逸脱することなく、他の実施例を使用することができ、構造上の変更を実施することができる点を理解されたい。
【００１０】
以下に、様々な技術及びプロセスフローのステップについて、添付の図面に示される実施例を参照しながら詳細に述べる。以下の説明では、本明細書において説明又は参照する１つ以上の態様及び／又は特徴の完全な理解を与えるために多くの具体的な詳細を記載する。しかしながら、本明細書において説明又は参照する１つ以上の態様及び／又は特徴は、これらの具体的な詳細の一部又は全てがなくとも実施可能である点は当業者には明らかであろう。他の場合では、本明細書において説明又は参照する態様及び／又は特徴の特定のものを分かりにくくすることがないよう、周知のプロセスのステップ及び／又は構造については説明していない。
【００１１】
更に、プロセスのステップ又は方法のステップは、連続的な順序で説明し得るが、こうしたプロセス及び方法は、任意の適切な順序で機能するように構成することができる。換言するならば、本開示に説明し得るステップの任意の順番又は順序は、これらのステップがその順序で実行される必要性をそれ自体示唆するものではない。更に、一部のステップは、（例えば、あるステップが他のステップの後に述べられているという理由で）同時に起こらないものとして述べられるか又は示唆されていても、同時に実行される場合もある。更に、図面における描写によるあるプロセスの説明は、説明されるプロセスがそのプロセスに対する他の変形及び改変を除外することを示唆するものではなく、説明されるプロセス又はその任意のステップが１つ以上の実施例に必要であることを示唆するものでもなく、説明されるプロセスが好ましいものであることを示唆するものでもない。
【００１２】
磁気感知技術は、磁場内の変化又は擾乱（例えば、磁場強度の変化）を検出するために使用することができ、また、磁気源に近接した電子デバイスの正確な場所／位置決めを測定するために使用することができる。地球の静磁場による干渉を回避するために、変調磁場を磁気ベースの近接感知に使用することができる。受信した変調磁場信号を復調して、変調磁場のソースに対するセンサの近接度を判定することができる。
【００１３】
本開示は、変調された磁気源に近接した電子デバイス（例えば、スマートフォン、タブレット、他のハンドセット又はウェアラブルデバイス）の正確な場所／位置決めを可能にする新規な磁気センサベースの近接感知アーキテクチャに関する。
【００１４】
より具体的には、本開示は、個々の指及び親指の骨の動きを測定することができる磁気センサベースの近接感知アーキテクチャに基づく指先ノードを有するデバイスに関する。指先ノードを有するデバイスは、１つ以上の指及び／又は手部の動きを追跡するための複数の磁気センサを含むことができる。周波数で変調された差動電圧源対は、対応する変調電流を生成することができる。電磁コイル（例えば、螺旋形、円筒形、又は円形）は、変調電流によって励起され、同じ変調シミュレーションを有する磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。磁気センサは、変調磁場を受信し、復調を行う。磁気センサと電磁コイルとの間の距離ｄは、復調後の磁場振幅に基づいて判定することができる。いくつかの実施例では、距離及び方向の両方を検出することができる磁気センサ配置を利用して、指先ノードの位置決めに関する追加情報を得ることができる。例えば、磁気センサ配置は、複数の方向（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ成分）のための磁場成分を検出するように構成することができ、複数の磁場成分を使用して、指先ノードの３次元位置を判定することができる。いくつかの実施例では、複数の成分は、直交方向における磁場変化を感知するように配向された複数の磁気センサを含むことによって取得することができる。いくつかの実施例では、３軸センサを使用して、磁場の方向並びに距離を判定することができる。逆運動学は、磁気センサを取り付けることができるオブジェクト（例えば、指節骨）の向き、位置、及び角度を計算するために適用することができる。
【００１５】
磁気センサは、指先（又は親指先）に近接して位置することができ、その指（又は親指）の全ての骨の向き、位置、及び角度を測定することができる。指先ノードを有するデバイスはまた、１つ以上の他の電子コンポーネント、例えば進行方向を感知し、容量性タッチを可能にし、及び／又は指先間の接触感知をするための複数の電極を含むことができる。指先ノードを有するデバイスはまた、力センサ、触覚フィードバックのためのアクチュエータ、温度センサ、及びヒータを含むことができる。指先ノードを有するデバイスは、オンボードコントローラ、コネクタ、送受信機、バッテリなどの論理を更に含むことができる。指先ノードを有するデバイスはまた、スクリーン上の手の輪郭をレンダリングするホストコントローラを含むことができる。指先ノードからの信号は、無線技術を使用して、ホストコントローラ（例えば、リモートコンピュータ及び／又はウェアラブルポータブルデバイスなど）に搬送することができる。
【００１６】
本開示による方法及び装置の代表的な適用例を、本セクションで説明する。これらの実施例は、前後関係を追加し、説明する実施例の理解を助けることのみを目的として提供される。それゆえ、説明する実施例は、具体的な詳細の一部又は全てを伴わずに実践することができる点が、当業者には明らかとなるであろう。他の場合では、説明する実施例を不必要に不明瞭化することを回避するために、周知のプロセスステップは、詳細に説明されている。他の適用例が可能であり、それゆえ以下の実施例は、限定的なものとして解釈されるべきではない。
【００１７】
図１は、本開示の実施例による、磁気センサベースの近接感知の例示的なアーキテクチャを示す。磁気センサベースの近接感知アーキテクチャ１００は、変調源１０５及び受信デバイス１１０を含むことができる。いくつかの実施例では、差動変調電圧源対（１２０Ａ、１２０Ｂ）は、単一のトーン周波数（ｆmod）で変調することができ、対応する変調電流Ｉmod  １３０を生成することができる。いくつかの実施例では、変調電流によって励起された電磁コイル（例えば、螺旋形、円筒形、又は円形）は、変調磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。いくつかの実施例では、受信デバイス１１０は、変調磁場を（例えば、対応するコイルで）受信し、磁場によってコイル内に誘導された電流に対して復調を行うことができる。電子デバイスとコイルとの間の距離ｄは、復調後の磁場振幅に基づいて判定することができ、磁場強度の立方根の逆数にほぼ比例する。いくつかの実施例では、距離及び方向の両方を検出することができる磁気センサ配置を利用して、指先ノードの位置決めに関する追加情報を得ることができる。例えば、磁気センサ配置は、複数の方向（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ成分）のための磁場成分を検出するように構成することができ、複数の磁場成分を使用して、指先ノードの３次元位置を判定することができる。いくつかの実施例では、複数の成分は、直交方向における磁場変化を感知するように配向された複数の磁気センサを含むことによって取得することができる。いくつかの実施例では、３軸センサを使用して、磁場の方向並びに距離を判定することができる。
【００１８】
変調源１０５からの変調磁場を使用することにより、永久磁石、地球磁場、及びＤＣ電源などの磁気干渉の影響を排除する磁気感知構成を実現することができる。いくつかの実施例では、変調磁場の使用はまた、磁場測定を特定の動作周波数でロックすることができ、これにより、他の周波数帯域からの望ましくないＡＣ干渉をフィルタリングする機会を提供するため、環境干渉に対する改善された安定性を与えることができる。いくつかの実施例では、変調磁場の使用はまた、長期ドリフト、例えば、熱加熱による磁気センサオフセットドリフト及びコイル磁場ドリフトへの改善された安定性を与えることができる。例えば、磁気センサの直流及びコイルの磁気ドリフトの影響が磁気センサの出力におけるＤＣオフセットとして現れる範囲で、ＤＣオフセット成分は、復調後にフィルタリングして取り除くことができる。変調磁場ベースの近接感知の例示的な用途は、以下の図に関連してより詳細に説明される。
【００１９】
図２は、本開示の実施例による、人間の手の例示的モデルを示す。人間の手３３１は、２７の自由度を有することができる。４本の指３０１のそれぞれは、屈曲又は伸張を可能にすることができる、末節骨３０３Ａと中節骨３０３Ｂと基節骨３０３Ｃとの間に位置する関節により、４つの自由度を有することができる。４本の指３０１のそれぞれはまた、外転又は内転を可能にすることができる中手骨３０３Ｄと関連付けられた関節を有する。親指３０５は、屈曲又は伸張を可能にすることができる末節骨３０７Ａと基節骨３０７Ｃとの間に位置する関節により、５つの自由度を有することができる。親指３０５の基節骨３０７Ｃと中手骨３０７Ｄとの間に位置する関節は、屈曲（又は伸張）及び外転（又は内転）を可能にすることができる。加えて、親指３０５の中手骨３０７Ｄと手根骨３０７Ｅとの間に位置する関節は、屈曲（又は伸張）及び外転（又は内転）を可能にすることができる。更に、手首３０９は６つの自由度を有することができ、ユーザの手首の動きは、屈曲又は伸張、外転又は内転、及び回外又は回内を含むことができる。手の多自由度を追跡することができる磁気センサは望ましいものであり得る。
【００２０】
指先ノードを有する制御デバイスの概要
【００２１】
図３は、本開示の実施例による指先ノード４１０を有する例示的な制御デバイス４００の正面図を示す。いくつかの実施例では、１つの指先ノード４１０は、ユーザの指先のそれぞれにはめることができる。いくつかの実施例では、磁場発生器４３０は、ユーザの指及び手における骨の動きに対して静止している場所で、ユーザの掌に近接して位置することができる。図３は、ユーザの手の掌に近接して位置する磁場発生器４３０を示すが、いくつかの実施例では、磁場発生器は、ユーザの手首、ユーザの手の背面、又は他の場所に近接して位置することができる。いくつかの実施例では、磁場発生器４３０は、ウェアラブルアクセサリ（例えば、腕時計又はブレスレット）に含めることができる。いくつかの実施例では、磁場発生器４３０は、無線送受信機、磁気センサ、コントローラ、バス、１つ以上のＬＥＤ、及びバッテリなどの他の電子コンポーネントを含むことができるハンドコントローラ（図示せず）内のコンポーネントとして含めることができる。いくつかの実施例では、各指先ノード４１０は、複数の電子コンポーネントを含むことができ、電子コンポーネントの一部又は全ては、指先ノード４１０の材料に編み込まれるか、織り込まれるか、又は埋め込まれてもよい。電子コンポーネントは、磁気センサ、復調器、フィルタ及びＡＤＣ、コントローラ、バス、１つ以上のＬＥＤ、バッテリ、並びに無線送受信機のうちの１つ以上を含むことができる。指先ノード４１０は、ユーザの指の動きを捕捉するように構成することができる。複数の磁気センサは、ユーザの指先のうちの１つ以上の動きを追跡するように構成することができる。コントローラは、複数のバスを介して電子コンポーネントと通信するように構成された論理を含むことができる。ＬＥＤ（複数可）は、ユーザに光学フィードバックを提供するように構成することができる。バッテリは、電子コンポーネントに電力を供給するように構成することができる。無線送受信機は、外部デバイス（例えば、図１に示すヘッドセット、ハンドコントローラ、及び／又はホストデバイス）と通信するように構成することができる。
【００２２】
いくつかの実施例では、各指先ノード４１０は、ユーザの指のそれぞれの動きを追跡するための１つ以上の磁気センサを含むことができる。いくつかの実施例では、電磁コイル（例えば、螺旋形、円筒形、又は円形）は、変調電流（例えば、磁場発生器４３０から）によって励起され、同じ変調特性を有する磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。磁気センサは、変調磁場を受信し、復調を行うことができる。磁気センサとコイルとの間の距離「ｄ」は、復調後の磁場振幅に基づいて判定することができる。いくつかの実施例では、距離は、３次元位置（例えば、ｘ、ｙ、ｚ座標）として測定することができる。いくつかの実施例では、距離及び方向の両方を検出することができる磁気センサ配置を利用して、指先ノードの位置決めに関する追加情報を得ることができる。例えば、磁気センサ配置は、複数の方向（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ成分）のための磁場成分を検出するように構成することができ、複数の磁場成分を使用して、指先ノードの３次元位置を判定することができる。いくつかの実施例では、複数の成分は、直交方向における磁場変化を感知するように配向された複数の磁気センサを含むことによって取得することができる。いくつかの実施例では、３軸センサを使用して、磁場の方向並びに距離を判定することができる。異なる指上の複数の指先ノード４１０からの情報を使用して、逆運動学を適用して、指及び手骨の向き、位置、並びに角度を計算することができる。いくつかの実施例では、ホストデバイス４２０は、逆運動学計算を実行し、指の画像をレンダリングすることができる。いくつかの実施例では、逆運動学計算は、磁場発生器４３０並びにプロセッサ又は他の計算回路を含むハンドコントローラ（図示せず）内で実行することができる。いくつかの実施例では、各指先センサには、特定の位置データポイントがどの指に対応するかを区別するために、ホスト（図示せず）又はハンドコントローラ（図示せず）と通信される識別子を割り当てることができる。いくつかの実施例では、指識別は、人間の手の骨の典型的な生物力学的関係に従って想定することができる。いくつかの実施例では、各指の動きは、どのノードがどの指先に取り付けられているかのあらゆる曖昧性を解決する（例えば、手が手掌を上に向けているか下に向けているかが最初に不明瞭である場合）。
【００２３】
指先ノード又は磁気センサを有するデバイスの電子構造
【００２４】
図４Ａは、本開示の実施例による、指先ノード又は手の上の磁気センサを有する例示的なデバイス６００のブロック図を示す。
【００２５】
指先ノード又は磁気センサを有するデバイスは、複数の磁気センサ６４０、変調電流源６２０、１つ以上の電磁コイル６３０、ホストデバイス６９８、復調器６５０、フィルタ６６０及びＡＤＣ６７０、コントローラ６９２、複数のバス、１つ以上のＬＥＤ６９０、バッテリ６９４、並びに無線送受信機６９２のうちの１つ以上を含むことができる。周波数で変調された変調電流源６２０は、対応する変調電流を生成することができる。いくつかの実施例では、電磁コイル（例えば、螺旋形、円筒形、又は円形）６３０は、変調電流によって励起され、同じ変調シミュレーションを有する磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。一般に、変調パターンは正弦波であり得る。いくつかの実施例では、両手及び全ての指のうちの１つのみに電磁コイルが存在し得る。あるいは、他の実施例では、それぞれの手のために１つずつ、かつそれぞれの手の全ての指に対して１つずつ、別個の電磁コイルが存在し得る。指先の電磁コイルは、手を追跡するためにより強い磁場を必要とし得る、手のための電磁コイル（例えば、ハンド磁気センサと磁場源との間の最大距離に起因する）とは対照的に、指先を追跡するために小さな磁場を必要とする場合がある。別個の電磁コイルを有することにより、磁場のより良好な分解能、及び指先を追跡するためのより良好な方向識別を提供することができる。電磁コイル６３０はまた、異なる指を追跡するために異なる周波数で構成され得る。あるいは、電磁コイル６３０は、右及び左手を追跡するために異なる周波数で構成され得る。あるいは、電磁コイル６３０は、右手の全ての指を追跡するための第１の周波数、左手の全ての指を追跡するための第２の周波数、並びに右及び左手の両方を追跡するための第３の周波数を有することができる。
【００２６】
いくつかの実施例では、片手の指、例えば右手を追跡するための複数の電磁コイルが存在し得る。複数の電磁コイルは、指を追跡するための空間分解能を改善することができる。複数の電磁コイルは、異なる周波数で駆動することができ、空間内で分離することができる（例えば、手の異なる位置に置かれる）。電磁コイルがより分離されるほど、位置検出の分解能がより良好となり得る。磁気センサ６４０は、変調磁場を受信し、復調を行う。入射磁場と同じ周波数（ｆ）で動作する復調器６５０は、復調を行い、磁場を電圧出力に変換することができる。更に、複数の電磁コイルが使用される場合、異なるコイルからの磁場の相対強度を使用して指先の位置を見つけることができる。
【００２７】
いくつかの実施例では、復調後、ローパスフィルタ６６０は、高周波成分（ｆ及び２ｆ）を除去することができる。これは、センサが環境から見ることができるいかなる低周波数磁気干渉（Ｂ0）も除去することができる。フィルタリング後、出力電圧は、変調周波数における磁場の強度に比例することができる。いくつかの実施例では、ＡＤＣ６７０は、フィルタ処理された信号を後処理のためにデジタル出力に変換することができる。後処理中に、磁気センサとコイルとの間の距離「ｄ」は、磁場振幅に基づいて判定することができる。いくつかの実施例では、距離及び方向の両方を検出することができる磁気センサ配置を利用して、指先ノードの位置決めに関する追加情報を得ることができる。例えば、磁気センサ配置は、複数の方向（例えば、ｘ、ｙ、及びｚ成分）のための磁場成分を検出するように構成することができ、複数の磁場成分を使用して、指先ノードの３次元位置を判定することができる。いくつかの実施例では、複数の成分は、直交方向における磁場変化を感知するように配向された複数の磁気センサを含むことによって取得することができる。いくつかの実施例では、３軸センサを使用して、磁場の方向並びに距離を判定することができる。いくつかの実施例では、各指先の位置は、指が対応する手の背面に対して計算することができる。逆運動学の計算は、ハンドコントローラ（図示せず）又はホストデバイス６９８で実行することができる。ホストデバイス６９８は、逆運動学計算からオブジェクト（例えば、指及び手骨）の向き、位置、及び角度を使用して、次に手及び指を正確な関節位置でレンダリングすることができる。
【００２８】
図４Ｂは、本開示の実施例による例示的な磁気感知回路６００Ｂの部分的な電気回路図を示す。磁気感知回路６００Ｂは、変調磁場を受信し、復調器６１０で復調を行うことができる。いくつかの実施例では、復調器６１０は、入射磁場と同じ周波数（ｆ）で変調されたホイートストンブリッジとすることができ、磁場を電圧出力に変換することができる。したがって、復調はデジタル化前に発生するため、図４Ｂの例はアナログ復調方式とみなすことができる。当業者であれば、アナログドメイン変調を実行するための他の回路アーキテクチャを、本開示の範囲から逸脱することなく使用することができることが理解されよう。復調後、ホイートストンブリッジの差動出力をバッファ６１５Ｂでバッファすることができ、バッファされた信号をローパスフィルタ６２０Ｂに通過させて、高周波成分を（例えば、周波数ｆ及び２*ｆで）除去することができる。このフィルタリングは、磁気センサが環境から見ることができるいかなる低周波数磁気干渉（Ｂ0）も除去することができる。いくつかの実施例では、ＡＤＣ  ６３０Ｂは、フィルタ処理された信号Ｖｏｕｔを後処理のためにデジタル出力に変換することができる。
【００２９】
図４Ｃは、本開示の実施例による例示的な感知回路６００Ｃの電気回路図を示す。感知回路６００Ｃは、上述の図３に記載された指先ノード又は磁気センサのうちの１つを表すことができる。いくつかの実施例では、外部に位置する（例えば、ユーザの手、頭部、又は首に装着される）磁場発生器は、変調磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。いくつかの実施例では、磁場の変調パターンは正弦波であり得る。いくつかの実施例では、磁気センサ６１０Ｃは、変調磁場を受信することができる。いくつかの実施例では、ＤＣ磁場及び／又は地球の磁場をフィルタ６２０Ｃによってフィルタリングして取り除くことができる。ＡＤＣ  ６３０Ｃは、フィルタ処理された信号をデジタル出力に変換することができる。いくつかの実施例では、Ｉ−Ｑ復調器６４０Ｃは、デジタル出力に位相復調及び直交位相復調を行い、磁場発生器と磁気センサとの間に距離「ｄ」を生成することができる。いくつかの実施例では、Ｉ−Ｑ復調器６４０Ｃは、上記の実施例に記載されるように、デジタル出力に位相復調及び直交位相復調を行い、指又は手の位置ｘ、ｙ、及びｚ（例えば、Ｘmag、Ｙmag、及びＺmag）を生成することができる。いくつかの実施例では、Ｉ−Ｑ復調の間、同相成分及び直交位相成分の両方を同時に読み取ることができる。いくつかの実施例では、コントローラ６５０Ｃは、位置データを受信し、無線通信リンクを介してデータの通信を調整することができる。いくつかの実施例では、各指先の位置は、指が対応する手の背面に対して計算することができる。いくつかの実施例では、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ低エネルギー（ＢＬＥ）無線機６６０Ｃは、指先及び手の位置をホストデバイス６７０Ｃに送信することができる。いくつかの実施例では、逆運動学計算は、ホストデバイス６７０Ｃで実行することができる。いくつかの実施例では、逆運動学計算は、ハンドコントローラ（図示せず）などの中間プロセッサで実行することができる。いくつかの実施例では、ホストデバイス６７０Ｃは、次いで、逆運動学計算の結果を使用して、手及び指を環境内の正確な関節位置でレンダリングすることができる。
【００３０】
指先ノード及び／又は磁気センサを有するデバイスの動作
【００３１】
図５は、本開示の実施例による、指先ノード及び／又は手の上の磁気センサを有するデバイスを使用して、手と指及びそれらのそれぞれの骨の場所、角度、及び動きを判定するための例示的なプロセス７００を示す。いくつかの実施例では、ステップ７１０において、電磁コイル（螺旋形、ソレノイド形、又は円形）は、変調磁場Ｂ（ｔ）を生成することができる。いくつかの実施例では、単一の変調磁場は、首装着された送信機、ヘッドセット、ウエストバンドなどの、ユーザの身体上の場所から送信することができる。いくつかの実施例では、変調磁場は、ユーザの手の掌／手首の上又はその近くに位置する１つ以上のコイルから送信することができる。いくつかの実施例では、ステップ７２０において、指先ノード及び／又は磁気センサ（例えば、手掌／手首に位置する）は、変調磁場を受信し、所望の参照送信機の変調周波数で復調を行うことができる。例えば、右手の指ノードは、右の手掌／手首に位置する送信機に対応する第１の周波数で復調を行うことができる。同様に、左手の指ノードは、左の手掌／手首に位置する送信機に対応する第２の周波数で復調を行うことができる。加えて、左手及び右手のそれぞれの位置を特定するための磁気センサ（例えば、ユーザの各手掌／手首に位置する）は、ユーザの身体上の第３の変調周波数対応送信機で復調を行うことができる。いくつかの実施例では、例えば、ユーザの身体上の単一の変調源を使用して、単一の変調周波数を用いて手及び指の両方の位置を判定することができる。加えて、ステップ７２０において、指先ノード／磁気センサと対応する送信源（例えば、電磁コイル）との間の距離「ｄ」は、磁場振幅に基づいて判定することができる。いくつかの実施例では、ステップ７３０において、指先ノード／磁気センサは、次いで、測定された距離に対応するデータを送信することができる。いくつかの実施例では、データは、低電力無線通信リンク（例えば、ＢＬＥ）を介して送信され得る。ステップ７４０では、指及び／又は手の位置情報をコンピュータ逆運動学に使用して、指及び手骨の向き、位置、並びに角度を判定することができる。いくつかの実施例では、ステップ７４０において、逆運動学計算は、環境を生成するホストコントローラに送信する前に、ハンドコントローラ又は他の中間デバイスで実行することができる。いくつかの実施例では、ステップ７４０において、指及び手の距離情報をホストに直接送信することができ、逆運動学をホスト上で実行することができる。いくつかの実施例では、ステップ７５０において、ホストデバイスは、ステップ７４０で逆運動学によって判定されたオブジェクト（例えば、指及び手骨）の向き、位置、及び角度を使用して、次に手及び指を環境内の正確な関節位置で空間にレンダリングすることができる。
【００３２】
図６は、本開示の実施例による、スタイラスタブレットシステムにおける磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。いくつかの実施例では、磁場発生器は、タブレット８２０内に位置することができ、磁気センサはスタイラス８１０内に位置することができる。いくつかの実施例では、タブレット８２０の各角部に磁場発生器を提供することができ、４つの角部のそれぞれからの距離を使用して、タブレットに対するスタイラス８１０の位置を判定することができる。いくつかの実施例では、スタイラス８１０は、スタイラスの各端部に磁気センサベースの近接センサを含むことができ、スタイラスの距離及び向きの両方を検出することができる。いくつかの実施例では、磁気センサベースの近接感知を使用して、スタイラスが感知面に接触することを必要とせずに、タブレットとスタイラスとの間でジェスチャ認識を実行することができる。
【００３３】
図７は、本開示の実施例による、スマートタブレットカバーシステムにおける磁気センサベースの近接感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。いくつかの実施例では、磁場発生器をタブレット９２０内に位置することができ、磁気センサをスマートカバー９１０内に位置することができる。いくつかの実施例では、本開示の実施例による磁気センサベースの近接感知を使用して、カバーが開いているかどうか、並びにカバーがどのくらい遠くに開いているかを判定することができる。カバーが開いているかどうかを判定するための静磁場に基づくカバーと比較して、変調磁気センサを使用した磁気センサベースの近接感知に基づくシステムは、干渉する磁場の影響に対する改善された耐性を有することができる。例えば、変調磁場センサを組み込んだスマートカバーは、デバイスが、タブレット９２０以外のソースからの静磁場の存在下で、デバイスを誤ってオン又はオフにすることができない。
【００３４】
図８は、本開示の実施例による、近距離無線通信システムにおける変調磁場の磁気センサ感知に基づく例示的なアーキテクチャを示す。磁気センサベースの通信検知を使用して、近距離無線通信システムの性能を向上させることができる。近距離無線通信システムは、一般に、送信機と受信機との間の正確な位置合わせを必要とするが、磁気センサベースの検知については、より大きな位置ずれを許容することができる。本開示の実施例のうちのいくつかは、磁気センサベースの近接感知のみに関するが、変調磁場もまた、データを通信するために使用することができる。以下の図９は、本開示の実施例による変調磁場を利用するデータ通信のための１つの例示的な技術を説明する。
【００３５】
図９は、本開示の実施例による変調磁場を用いたデータ通信を可能にする変調方式を示す。いくつかの実施例では、例示的な磁気感知システムの変調源（例えば、上記の変調源１０５）は、データ通信のために使用することができる。図９は、周波数シフトキーイング（Frequency Shift Keying、ＦＳＫ）を使用した１つの可能なデータ符号化方式を示す。図示されるように、単純な実装は、１つの周波数が０に対応し、別の周波数が１に対応する、バイナリＦＳＫであり得る。いくつかの実施例では、多重通信「シンボル」は、対応する周波数で使用することができる。いくつかの実施例では、送信機及び受信機は、それぞれの「文字」（又はシンボル）が異なる周波数に対応する周波数の所定の「アルファベット」を使用して通信することができる。
【００３６】
したがって、上記によれば、本開示のいくつかの実施例は、システムに含まれ、ユーザの手の上に装着されるように構成された制御デバイスを対象とし、制御デバイスは、１つ以上の変調された電磁場を生成するための磁場発生器と、複数の磁気センサであって、各磁気センサが手又は指に近接し、１つ以上の磁場を受信し、受信した１つ以上の変調された電磁場を復調して、複数の復調信号を作成するように構成されている複数の磁気センサと、復調信号を使用してユーザの手及び指のうち１つ以上の位置を判定するように構成されたプロセッサと、を含む。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、プロセッサは、ユーザの手及び指のうちの１つ以上の関節角度を、手及び指のうちの１つ以上の位置を使用して判定するように更に構成されている。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、プロセッサは、ユーザの手及び指のうちの１つ以上の関節角度を、無線信号を使用してホストデバイスに通信するように更に構成されている。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、手又は指の画像は、ユーザの手及び指のうちの１つ以上の関節角度を使用して、ホストデバイスによってレンダリングされる。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、単一の変調された電磁場が生成されて、ユーザの手及び指のうちの１つ以上の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、第１の変調された電磁場が生成されて右手の位置を判定し、第２の変調された電磁場が生成されて左手の位置を判定し、第３の変調された電磁場が生成されて右手の全ての指の位置を判定し、第４の変調された電磁場が生成されて左手の全ての指の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、それぞれが異なる周波数を有する１つ以上の電磁場が生成されて、ユーザの指の１つ以上の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、特定の周波数を有する電磁場が生成されて、特定の指の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、特定の周波数を有する電磁場が生成されて、特定の手の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、第１の周波数を有する電磁場が生成されて、右手の全ての指の位置を判定し、第２の周波数を有する電磁場が生成されて、左手の全ての指の位置を判定し、第３の周波数を有する電磁場が生成されて、右手及び左手の位置を判定する。上記に開示した実施例のうちの１つ以上に加えて、又は代替的に、いくつかの実施例では、複数の変調された電磁場が生成されて、ユーザの同じ手の指の１つ以上の位置を判定する。
【００３７】
添付図面を参照して、本開示の実施例を十分に説明してきたが、様々な変更及び修正が、当業者には明らかとなるであろうことに留意されたい。そのような変更及び修正は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本開示の実施例の範囲内に含まれるものとして理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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