(57)【要約】【課題】  透明面や鏡面や光学的な不均一性を含む平滑面や不均一のない平滑面などの異なるタイプの面に関して正確にナビゲートできる方法及び入力システムを提供する。【解決手段】  厚み測定に基づくナビゲーション装置及び方法が記述される。装置は、厚みセンサシステム及び処理システムを含む。厚みセンサシステム１２は、多数の各厚み測定サイクル中、物体の表面内の６以上の位置において、物体の厚みの各測定値のセットを生成する。処理システム１４は、厚み測定値のセットのうちの１つから、物体に関する移動を示す移動測定値を生成する。方法に従って、多数の各厚み測定サイクル中、物体の表面内の６以上の位置において、物体の厚みの各測定値のセットが生成される（ステップ３２）。物体に関する移動を示す移動測定値が、厚み測定値のセットのうちの１つから生成される（ステップ３４）。【選択図】  図１
2008071347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の厚み測定サイクルのそれぞれの間、物体の表面内の６以上の位置において、前記物体の各厚み測定値のセットを生成するように動作可能な厚みセンサシステムと、
前記厚み測定値のセットのうちの１つのセットの厚み測定値から、前記物体に関する移動を示す移動測定値を生成するように動作可能な処理システムと
を備えてなる装置。
【請求項２】
前記厚みセンサシステムは、各セットにおける前記厚み測定値を同時に生成するものである請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記厚みセンサシステムは、前記各測定サイクル中、前記物体の面内の位置のうちのそれぞれ１つにおいて、前記厚み測定値のうちのそれぞれを生成するように各々が動作可能な少なくとも６つの厚みセンサを備えている請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記厚みセンサは、少なくとも第１の測定グループと第２の測定グループとの中に構成され、前記第１の測定グループと前記第２の測定グループとは、互いに分離しており、前記各厚み測定サイクル中、前記物体の面内の、それぞれ異なる同一直線上ではない位置において各厚み測定値を生成するように動作可能な厚みセンサのうちの少なくとも３つを含むセットをそれぞれ備えている請求項３に記載の装置。
【請求項５】
基板を更に備え、前記第１及び第２の測定グループにおける厚みセンサは、前記基板上の同一平面上にあることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記第１の測定グループ内の厚みセンサのうちの少なくとも２つは、第１の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にあり、前記第１の測定グループ内の前記厚みセンサのうちの少なくとも２つは、前記第１の座標軸と直交している第２の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にあり、
前記第２の測定グループ内の前記厚みセンサのうちの少なくとも２つは、前記第１の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にあり、前記第２の測定グループ内の前記厚みセンサのうちの少なくとも２つは、前記第２の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にあることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記処理システムは、前記測定サイクルのうちの第１の測定サイクルの間に生成された２つのセットの厚み測定値同士の差分を判定するように動作可能であり、前記処理システムは、前記判定された差分から、前記移動測定値の１つを生成し、前記第１の測定サイクルとは異なる前記測定サイクルの第２の測定サイクルの間に生成された前記厚み測定値の１つのセットの厚み測定値を生成するように動作可能である請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記処理システムは、前記移動測定値に基づいて、前記物体に関する位置座標を決定するように動作可能である請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記処理システムは、前記厚みセンサシステムによって生成された厚み測定値のセットのうちのそれぞれ１つから導かれる厚み値の各セットによってインデクスされた位置座標のうちの１つを備える位置マップを生成するように動作可能である、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記処理システムは、厚みセンサシステムによって生成された各厚み測定値のセットを備えた前記位置マップにおける厚み値のセットのうちの対応するものの間の相関から、前記位置座標のうちの１つを識別するように動作可能であり、前記処理システムは、前記識別された位置座標に基づいて、前記移動測定値のうちの１つを生成するように動作可能である請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理システムは、対応する位置座標を持つと判定された厚み測定値のセットの重み付けられた組み合わせから、厚み値のセットの各々を導出するように動作可能である請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記処理システムは、前記物体の面に沿った方向の前記物体に関する移動を示す移動測定値のうちの１つを生成する、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
多数の各厚み測定サイクル中、物体の表面内の６以上の位置において、前記物体の厚みの各測定値のセットを生成するステップと、
前記厚み測定値のセットのうちの１つのセットの厚み測定値から、前記物体に関する移動を示す移動測定値を生成するステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記各測定値のセットを生成するステップは、各セットにおける前記厚み測定値を同時に生成することを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記各測定値のセットを生成するステップは、少なくとも第１の測定グループと第２の測定グループとの中の各セットにおける前記厚み測定値を生成することを含み、前記第１の測定グループと前記第２の測定グループとは、互いに分離しており、前記各厚み測定サイクル中、前記物体の面内の、それぞれ異なる同一直線上ではない位置において生成される厚み測定値のうちの少なくとも３つからなるセットをそれぞれ含んでいる請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の測定グループ内の厚み測定値のうちの少なくとも２つは、第１の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にある面の中の位置において生成され、前記第１の測定グループ内の厚み測定値のうちの少なくとも２つは、前記第１の座標軸とは平行ではない第２の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にある面の中の位置において生成され、
前記第２の測定グループ内の厚み測定値のうちの少なくとも２つは、前記第１の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にある面の中の位置において生成され、前記第２の測定グループ内の厚み測定値のうちの少なくとも２つは、前記第２の座標軸に対して平行な線に沿った同一直線上にある面の中の位置において生成される請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記測定サイクルのうちの第１の測定サイクルの間に生成された一対の厚み測定値間の差分を判定するステップと、前記各測定値のセットを生成するステップが、前記判定された差分から、前記移動測定値の１つと、前記第１の測定サイクルとは異なる前記測定サイクルの第２の測定サイクルの間に生成された前記厚み測定値の１つのセットの厚み測定値とを生成することとを更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記移動測定値に基づいて、前記物体に関する位置座標を決定することを更に含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記厚み測定値のセットのうちのそれぞれ１つから導かれる厚み値の各セットによってインデクスされた位置座標のうちの１つを備える位置マップを生成するステップを更に含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
各厚み測定値のセットを備えた前記位置マップにおける厚み値のセットのうちの対応するものの間の相関から、前記位置座標のうちの１つを識別するステップを更に含み、前記各測定値のセットを生成するステップは、前記識別された位置座標に基づいて、前記移動測定値のうちの１つを生成することを含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
対応する位置座標を持つと判定された厚み測定値のセットの重み付けられた組み合わせから、厚み値のセットの各々を導出するステップを更に含む請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記各測定値のセットを生成するステップは、前記物体の面に沿った方向の前記物体に関する移動を示す移動測定値のうちの１つを生成することを含む請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
計算機にコマンドを入力するために、多くの異なるタイプのデバイスが開発されている。一般に、入力デバイスを操作することによって命令及び／又はデータをコンピュータに入力するために、例えば、コンピュータマウスやジョイスティックやトラックボールやタッチパッドやキーボードなどの手操作用の入力デバイスが使用されている。ユーザは、このような入力デバイスによって、例えば、コンピュータスクリーンを横切るカーソルなどの仮想ポインタの移動の制御と、コンピュータスクリーンに表示されたアイコン又はその他の仮想オブジェクトの選択又は移動と、異なる入力コマンドに対応するメニュー項目の開閉とが可能となる。入力デバイスは、デスクトップコンピュータシステムとポータブル計算システムとの両方に共通して使用される。
【背景技術】
【０００２】
入力デバイスは、一般に、例えば、カーソル位置データやスクロール位置データや距離データなどのユーザインタフェース制御信号にユーザ入力を変換するためのメカニズムを含む。幾つかのタイプの入力デバイスは、入力デバイスのユーザ操作をユーザインタフェース制御信号に変換するために、電気機械式変換器を使用するが、最近開発された入力デバイスは、入力デバイスのユーザ操作をユーザインタフェース制御信号に変換するために光学ナビゲーションセンサを使用する。光学ナビゲーションセンサは、表面イメージのシーケンスを取得し、このイメージ内の対応する特徴との比較から、表面にわたった方向及び移動の大きさを数学的に決定することによって、位置変化を測定する光学ナビゲーション技術を適用する。そのような光学ナビゲーションシステムは、一般に、イメージ内で取得された検出済ピクセル毎の表面反射率差に基づいて、入力デバイスのスキャン経路を追跡する。これら反射率における変化は、表面媒体によってごく僅か（例えば、白い紙の場合６％のオーダ）であり得る。
【０００３】
既存の光学ナビゲーションセンサに関する１つの問題は、例えば、ガラスのような非常に滑らかな表面上ではうまくナビゲートできないことである。なぜなら、そのような表面から反射されたイメージは十分ではなく、表面にわたった方向や移動の大きさが高い信頼性で決定されるものとは異なっているからである。この問題を解決するために、コヒーレントな光で滑らかな表面の物体を照らす光学ナビゲーションセンサが提案された。物体内又は物体上における光学的不均一性は、干渉光学ナビゲーションセンサによって検出可能な照明光における位相変化を引き起こす。この種の光学ナビゲーションセンサは、位相パターンを、物体に関する相対的な移動を決定するために使用される干渉パターン（又はインターフェログラム）に変換する干渉計を含む。このアプローチは、反射面、均一面、及び浅い特徴を備えた面に対するナビゲーション性能を改良するが、このアプローチは、構成要素である干渉計によってインターフェログラムに変換される位相パターンを生成するために、例えば、表面内又は表面上における引っ掻き傷や欠陥や微粒子などの光学的不均一性に依存する。その結果、このアプローチは、そのような特徴がない表面に関しては高い信頼性でナビゲートすることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
必要とされるものは、透明面や、鏡面や、光学的な不均一性を含む平滑面や、不均一のない平滑面などの異なるタイプの面に関して正確にナビゲートできる方法及び入力システムである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの態様では、本発明は、厚みセンサシステム及び処理システムを含む装置を特徴とする。厚みセンサシステムは、多数の各厚み測定サイクル中、物体の表面内の６以上の位置において、物体の厚みの各測定値のセットを生成する。処理システムは、厚み測定値のセットのうちの１つのセットの厚み測定値から、物体に関する移動を示す移動測定値を生成する。
【０００６】
１つの態様では、本発明は、物体の厚みの各測定値のセットが、多数の各厚み測定サイクル中、物体の表面内の６以上の位置において、物体の各厚み測定値が生成される方法を特徴とする。物体に関する移動を示す移動測定値は、厚み測定値のセットのうちの１つのセットの厚み測定値から生成される。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点が、図面及び特許請求の範囲を含む以下の説明から明白になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の説明では、類似の要素を識別するために類似の参照番号が使用される。更に、これら図面は、図解的な方式により、典型的な実施形態の主要な特徴を例示することを意図している。これらの図面は、実際の実施形態の全ての特徴を示すようにも、図示する要素の相対的な寸法を示すようにも、そして、スケールするように書かれることも意図されていない。
【０００９】
Ｉ．概説
図１は、厚みセンサシステム１２及び処理システム１４を含むナビゲーション装置１０の実施形態を示す。以下に詳述するように、ナビゲーション装置１０は、厚み測定値に基づいて、物体に関しナビゲートできる。このように、ナビゲーション装置は、その厚みを測定することが可能な任意のタイプの物体に関しナビゲートできる。この物体は、例えば、表面不均一及び／又は体積不均一のない平滑面を備えた透明な物体のように、従来の光学ナビゲーション技術を用いてナビゲートすることが困難である物体を含む。例示的な目的のために、ナビゲーション装置１０の動作は、本明細書では、平滑な正面１８及び背面２０を有する物体１６に関して説明される。
【００１０】
一般に、ナビゲーション装置１０は、検知動作又は検知位置が有用な目的として適する任意のタイプのデバイス又はシステムへと組み込まれ得る。例示的な目的のために、本明細書では、ナビゲーション装置１０は、計算機にコマンドを入力するためのデバイスの構成要素として記載されている。入力デバイスは、コンピュータマウスやジョイスティックやトラックボールやハンドルコントローラを含む種々異なる形態のファクタのうちのいずれかを有し得る。これらの実装においては、ナビゲーション装置１０は、（例えば、タッチパッド、トラックボール、又はジョイスティックなどの）入力デバイスの構成要素のうちのユーザ操作、又は、入力デバイス自身の操作（例えば、表面にわたる入力デバイスの移動）を検知するように構成され得る。
【００１１】
図１に示す例示的な動作環境では、ナビゲーション装置１０は、ディスプレイ２６を駆動するディスプレイコントローラ２４へディスプレイ制御信号２２を出力する。ディスプレイ制御信号２２は、一般に、厚みセンサシステム１２によって生成される厚み測定値２８から導かれる移動測定値の形態をとる。この移動測定値は、一般に、位置パラメータ値と、変位パラメータ値と、速度パラメータ値と、加速度パラメータ値とのうちの１つ以上に相当する。ディスプレイコントローラ２４は、例えば、ディスプレイ２６上におけるポインタ３０の動きを制御するためにディスプレイ制御信号２２を処理する。ディスプレイコントローラ２４は、一般に、ディスプレイ制御信号２２を処理するために、ドライバを実行する。一般に、ドライバは、デジタル電子回路、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、又はソフトウェアを含む任意の計算又は処理環境で実現され得る。幾つかの実施形態では、ドライバは、オペレーティングシステム又はソフトウェアアプリケーションプログラムの構成要素である。ディスプレイ２６は、例えば、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）やプラズマディスプレイやＥＬディスプレイ（エレクトロルミネセンスディスプレイ）やＦＥＤ（フィールドエミッションディスプレイ）などのフラットパネルディスプレであり得る。
【００１２】
幾つかの実施形態では、ナビゲーション装置１０及びディスプレイ２６は、個別のポインティングデバイスや遠隔ディスプレイベースシステムなどの分離した個別のデバイスとして実現される。これらの実施形態では、遠隔システムは、汎用コンピュータシステムと専用コンピュータシステムとビデオゲームシステムとを含む、ユーザ入力を受信する任意のタイプのディスプレイベースの装置であり得る。ディスプレイ制御信号２２は、有線通信リンク（例えば、ＲＳ−２３２シリアルポート、ユニバーサルシリアルバス、又はＰ５／２ポートなどのシリアル通信リンク）、又は、無線通信リンク（例えば、赤外線（ＩＲ）無線リンク又はラジオ周波数（ＲＦ）無線リンク）によって遠隔システムへ送信され得る。他の実施形態では、ナビゲーション装置１０及びディスプレイ２６は、ポータブル（例えば、ハンドヘルド）電子デバイスなどの単一のユニタリデバイスへ統合される。ポータブル電子デバイスは、人によって容易に運搬される任意のタイプのデバイスであり、セルラ電話とコードレス電話とページャとパーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）とデジタルオーディオプレーヤとデジタルカメラとデジタルビデオゲームコンソールとを含む。
【００１３】
図２は、図１に示すナビゲーション装置１０によって実現されるナビゲーション方法の実施形態のフロー図を示す。
【００１４】
この方法によれば、厚みセンサシステム１２は、多数の各厚み測定サイクル中、物体１６の正面１８内の６以上の位置において、物体１６の厚み測定値２８の各セットを生成する（図２のブロック３２）。一般に、厚み測定値２８は、光学厚み測定処理及び非光学厚み測定処理を含む任意の種類の非接触厚み測定処理に従って生成され得る。典型的な光学厚み測定処理は、三角測量と焦点深度とモアレ縞と干渉分析（interferometry）とに基づくものである。典型的な非光学厚み測定処理は、物体の正面１８と背面２０との間の超音波エコーの時間遅れに基づいて厚みを測定する超音波処理と、渦電流又は磁束密度の測定に基づく磁気厚み測定処理とを含む。
【００１５】
処理システム１４は、厚み測定値２８のセットのうちの１つから、物体１６に関する移動を示す移動測定値を生成する（図２のブロック３４）。以下に詳細に説明するように、幾つかの実施形態では、処理システム１４は、少なくとも２方向において、物体表面１８における２以上の位置において、物体１６の厚みの傾斜の推定値から、移動測定値を生成する。処理システム１４は、物体表面１８における２以上の位置において測定された厚みの変化と、厚み傾斜推定値とに基づいて、１つの測定サイクルから次の測定サイクルへのナビゲーション装置１０の変位量を決定する。幾つかの実施形態では、処理システム１４は、測定サイクルレート（すなわち、厚み測定サンプリングレート）を変位量測定値に乗じることによって、ナビゲーション装置の速度を決定する。
【００１６】
処理システム１４は、どのような特定のハードウェア又はソフトウェア構成にも限定されない１以上の個別のモジュールによって実現され得る。この１以上のモジュールは、デジタル電子回路（例えば、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）などの特定用途向け集積回路）、又はコンピュータハードウェア、ファームウェア、デバイスドライバ、又はソフトウェアを含む任意の計算又は処理環境により実現され得る。
【００１７】
幾つかの実現では、処理システム１４のモジュールを実施するためのコンピュータ処理命令と、これらモジュールによって生成されたデータとが、１以上の機械読み取り可能な媒体内に格納される。これらの命令及びデータを明確に組み込むのに適した記憶デバイスは、例えば、ＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイスと、内部ハードディスクやリムーバブルディスクや光磁気ディスクやＣＤ／ＤＶＤ−ＲＯＭなどの磁気ディスクを含む全ての形態の非揮発性メモリとを含む。
【００１８】
ＩＩ．ナビゲーション装置の典型的な実施形態
Ａ．典型的な厚みセンサシステム実施形態
図３は、厚みセンサシステム１２及び処理システム１４の実施形態４４を含むハウジング４２を含むナビゲーション装置１０の実施形態４０を示す。ハウジング４２は、物体１６（例えばガラス基板）の正面１８にわたってスライドするように構成されたボトムサイド４６を更に含む。この点に関して、ボトムサイド４６は、１セットのスライダ５０、５２、５４、５６をサポートする。これらは、低摩擦面を有し、正面１８にわたったスライドを容易する。厚みセンサシステム４４は、６つの厚みセンサ５８、６０、６２、６４、６６、６８を含む。これらは、ハウジング４２内の基板４８上の同一平面上にある。
【００１９】
幾つかの実施形態では、厚みセンサは、第１の測定グループと第２の測定グループとの少なくともいずれかに配置されている。第１の測定グループと第２の測定グループとは、互いに分離しており、少なくとも３つの厚みセンサのセットをそれぞれ含む。各測定グループにおける厚みセンサは、各厚み測定サイクル中、物体表面におけるそれぞれ異なる非同一直線上の位置において、厚み測定値をそれぞれ生成する。これらの実施形態のうちの幾つかでは、第１の測定グループにおける厚みセンサのうちの少なくとも２つは、第１の座標軸と平行な線に沿った同一直線上にあり、第１の測定グループにおける厚みセンサのうちの少なくとも２つは、第１の座標軸とは異なる第２の座標軸と平行な線に沿った同一直線上にある。更に、第２の測定グループにおける厚みセンサのうちの少なくとも２つは、第１の座標軸と平行な線に沿った同一直線上にあり、第２の測定グループにおける厚みセンサのうちの少なくとも２つは、第２の座標軸と平行な線に沿った同一直線上にある。一般に、第１の座標軸と第２の座標軸とは、平行ではない任意の方向に沿って向けられ得る。幾つかの実施形態では、第１の座標軸と第２の座標軸とは直交している。
【００２０】
図３及び図５に示す実施形態では、厚みセンサ５８〜６８は、分離された第１の測定グループ９０と第２の測定グループ９２とに構成されている。第１の測定グループは厚みセンサ５８〜６２から成り、第２の測定グループ９２は厚みセンサ６４〜６８から成る。グループ９０、９２のそれぞれの厚みセンサは、厚み測定サイクル中、物体１６の正面１８内のそれぞれ異なる非同一直線上の位置において厚み測定値をそれぞれ生成する。この点に関し、第１の測定グループ９０における厚みセンサ５８、６０は、第１の座標軸（すなわちｕ軸）に平行な線に沿った同一直線上にあり、第１の測定グループ９０における厚みセンサ５８、６０は、第１の座標軸と直交する第２の座標軸（すなわちｖ軸）に平行な線に沿った同一直線上にある。同様に、第２の測定グループ９２における厚みセンサ６４、６６は、ｕ軸と平行な線に沿った同一直線上にあり、第２の測定グループ９２における厚みセンサ６４、６８は、ｖ軸と平行な線に沿った同一直線上にある。
【００２１】
図４に示すように、厚みセンサ５８〜６８は、厚みセンサ間の固定間隔を保って基板４８に搭載される。厚みセンサ５８と厚みセンサ６０とは距離ｄ1だけ離れており、厚みセンサ５８と厚みセンサ６２とは距離ｄ2だけ離れており、厚みセンサ６４と厚みセンサ６６とは距離ｄ3だけ離れており、厚みセンサ６４と厚みセンサ６８とは距離ｄ4だけ離れている。一般に、隔離された距離ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4は、同じ値あるいは異なる値を有し得る。例示した実施形態では、隔離された距離ｄ1，ｄ2，ｄ3，ｄ4は、全て同じ値（つまりｄ1＝ｄ2＝ｄ3＝ｄ4）である。
【００２２】
Ｂ．厚み測定値から移動測定値を決定する典型的なローカル近似ベースの方法
幾つかの実施形態では、処理システム１４は、与えられた測定サイクル中、サンプリングポイント（すなわち、厚み測定が行われる正面１８上の位置）のうちの少なくとも２つの近傍における正面１８上の位置（ｘ，ｙ）の関数として、物体１６の表面厚み関数ｈ（ｘ，ｙ）のローカル近似に基づいて移動測定値を決定する。厚みセンサが、異なる測定グループへ分割される実施形態では、物体厚みの各ローカル近似が、各測定グループにおいて対応する厚みセンサによって測定される少なくとも１つのサンプリングポイントのために決定される。
【００２３】
一般に、処理システム１４は、ゼロ次関数情報に基づく近似、１次関数情報に基づく近似、高次関数情報に基づく近似を含む任意のタイプのローカル近似を使用し得る。幾つかの実施形態では、これらのローカル近似は、厚み関数ｈ（ｘ，ｙ）のテイラー級数展開に基づく。これらの実施形態のうちの幾つかでは、処理システム１４は、以下のようなテイラー級数に基づく線形近似
【数１】
2008071347.tif 000003
を用いて、厚み関数ｈ（ｘ，ｙ）を近似する。
【数２】
2008071347.tif 000004
ここで、（ｘ0，ｙ0）は、第１の測定サイクル中にサンプリングされた最初のポイントの位置であり、（ｘ，ｙ）は、第２の測定サイクル中にサンプリングされた第２のポイントの位置である。この式では、ｘ座標軸及びｙ座標軸は、ナビゲーション装置における厚みセンサの位置によって定義されたｕ座標軸及びｖ座標軸に対応する。例示した実施形態では、センサの座標軸（すなわちｕ軸及びｖ軸）と、ナビゲーション装置１０の移動の座標軸とは同じである。他の実施形態では、ｕ−ｖ座標系とｘ−ｙ座標系とは、互いに関してゼロではない角度に向けられ得る。更に、ｕ−ｖ座標軸は、それらが平行ではない限り、互いに関して任意の角度に向けられ得る。例えば、ｕ−ｖ座標軸は、図４に示すように、互いに直交しているか、あるいは、ゼロより大きい直交ではない角度に向けられ得る。
【００２４】
処理システム１４は、２つの異なる測定サイクル中に得られる厚み測定値に基づいて、変位パラメータ（ｘ−ｘ0）及び（ｙ−ｙ0）に対する値を決定する。この処理では、ｘ方向及びｙ方向に従う厚み関数ｈ（ｘ，ｙ）の第１の導関数が、隣接する厚みセンサを分離する既知の距離によって区分される厚みセンサのうちの隣接するもの同士の間の差分によって線形近似される。ナビゲーション装置４０に関し、厚みセンサ５８（センサ１）の位置の投影図に対応する位置（ｘ1，ｙ1）における第１の導関数は、
【数３】
2008071347.tif 000005
によって与えられる。ここでＨiは、第１の測定サイクル中にセンサｉによって測定された厚みである。同様に、厚みセンサ６４（センサ３）の位置の投影図に対応する位置（ｘ3，ｙ1における第１の導関数は、
【数４】
2008071347.tif 000006
【数５】
2008071347.tif 000007
によって与えられる。
【００２５】
方程式（１）〜（５）は、２つの変位パラメータ値の関数
【数６】
2008071347.tif 000008
及び
【数７】
2008071347.tif 000009
である２つの線形方程式からなる以下の系を得るために結合される。
【数８】
2008071347.tif 000010
ここで、
【数９】
2008071347.tif 000011
は、次の測定サイクル中、センサ１によって測定される厚みであり、
【数１０】
2008071347.tif 000012
は、次の測定サイクル中、センサ３によって測定される厚みである。処理システム１４は、任意の１つの方法又はクラメールの公式を含む種々様々な方法を用いて、変位パラメータΔｘ及びΔｙの値を決定し得る。
【００２６】
処理システム１４は、決定した変位パラメータ値に基づいて、物体１６に関するナビゲーション装置の相対的な位置変化に対応する幾つかのディスプレイ制御信号２２のうちの１つを生成し得る。上述したように、処理システム１４の幾つかの実施形態は、変位パラメータ値に、測定サイクルレート（すなわち、厚み測定サンプリングレート）を乗じることによって、ナビゲーション装置の速度を決定する。
【００２７】
Ｃ．典型的な位置マップベースのナビゲーション装置
幾つかの実施形態では、処理システム１４は、上述した実施形態に従って決定された移動測定値に基づいて、物体１６に関する位置座標のセットを決定する。この点において、処理システム１４は、ナビゲーション装置の初期スタートアップ位置に対応しているか、又は、物体１６の正面１８から持ち上げられた後に戻されるナビゲーション装置の初期位置に対応している起点位置に関する位置座標を決定する。現在の位置座標ｘ（ｎ），ｙ（ｎ）は、現在の測定サイクルｎ中、指定された起点に関する物体１６の正面１８におけるナビゲーション装置の位置をそれぞれ表している。現在の位置座標の各セットは、一般に、式（８）及び式（９）に従って、前の測定サイクル（ｎ−１）中に決定された前の位置座標ｘ（ｎ−１），ｙ（ｎ−１）からの変位から決定される。
【数１１】
2008071347.tif 000013
【００２８】
幾つかの実施形態では、処理システム１４は、記録された位置座標と、関連する厚み測定値からディスプレイ制御信号２２を生成するために使用できる位置マップとを生成する。この位置マップは、処理システム１４によって移動測定値から決定されるものであり、各測定サイクル中、厚みセンサによって生成された厚み測定値のセットのうちの対応する１つから導かれる厚み値の各セットによってインデクスされる位置座標ｘ，ｙを含むデータ構造である。
【００２９】
図５は、各位置座標位置（ｘi，ｙj）が、それぞれのベクトル
【数１２】
2008071347.tif 000014
によってインデクスされる位置マップ９４の実施形態を示す典型的な表である。ここで、ｉ及びｊは、ｘ及びｙのためのｘ位置座標位置及びｙ位置座標位置をインデクスする正の整数であり、ｋは、位置マップ９４を生成するためにその測定値が使用される厚みセンサの数に対応する正の整数である。一般に、ｋは、ナビゲーション装置における厚みセンサの合計数以下である。
【００３０】
図６は、位置マップ９４を生成するために処理システム１４の実施形態によって実行される方法を示す。
【００３１】
この方法に従って、処理システム１４は、測定サイクルｎについて、厚み測定値の現在のセット｛ｈp（ｘi，ｙj，ｎ）｝を得る。ここで、ｐは、厚みセンサインデクスに対応する正の整数値を持つ（図６のブロック９６）。処理システム１４は、前のセクションで記載した実施形態に従って、現在の移動測定値を決定する（図６のブロック９８）。そして、処理システム１４は、式（８）及び式（９）に関連して上述した処理に従って、現在の移動測定値から、ナビゲーション装置の現在位置（ｘi，ｙj）を決定する（図６のブロック１００）。
【００３２】
現在位置（ｘi，ｙj）が、位置マップ９４における位置のうちのいずれにも一致しないのであれば（図６のブロック１０２）、処理システム１４は、厚み測定値の現在のセット｛ｈp（ｘi，ｙj，ｎ）｝に対応する厚みベクトル
【数１３】
2008071347.tif 000015
に関連する位置マップ９４に、現在位置（ｘi，ｙj）を加える（図６のブロック１０４）。
【００３３】
現在の位置座標が、位置マップ９４内の位置（ｘi，ｙj）と一致するのであれば（図６のブロック１０２）、処理システム１４は、現在位置（ｘi，ｙj）に関連する厚みベクトル
【数１４】
2008071347.tif 000016
を更新する（図６のブロック１０６）。幾つかの実施形態では、処理システム１４は、前の測定サイクル中に生成され、かつ、同じ位置座標（ｘi，ｙj）を有すると判定された厚み測定値のセットの重み付けられた組み合わせから、現在の測定サイクルｎ中の各ベクトル
【数１５】
2008071347.tif 000017
における厚みパラメータの値を導く。これらの実施形態のうちの幾つかでは、処理システム１４が、現在の厚みパラメータ値ｇp（ｘi，ｙj，ｎ）
【数１６】
2008071347.tif 000018
を生成するために、式（１０）に従って、厚みパラメータ値ｇp（ｘi，ｙj，ｎ−１）を更新する。ここで、ｐは、位置座標（ｘi，ｙi）において、前の測定サイクル（ｎ−１）中の現在の厚み測定値ｈp（ｘi，ｙj，ｎ）と厚みパラメータ値ｇp（ｘi，ｙj，ｎ−１）との間の差分に加えられる重みに対応する厚みセンサインデクスαnに対応する正の整数値である。ナビゲーション装置が、測定サイクルｎ中、位置座標（ｘi，ｙj）における厚み測定値を生成しないのであれば、値ｇp（ｘi，ｙj，ｎ−１）は更新されない。幾つかの実施形態では、重みαnは、測定サイクル数とともに減少する。なぜなら、現在のオリジナルが選択されたからである。
【００３４】
結果として得られる位置マップ９４によって、処理システム１４は、物体１６に関連するナビゲーション装置の位置と、ディスプレイ２６上の座標との間の１対１のマッピングを決定することが可能となる（図１を参照）。このように、ナビゲーション装置は、ナビゲーション装置の絶対的な位置に基づいて、制御信号を表示するように構成され得る。位置マップ９４は、絶対的な位置座標間の差分に基づいて、相対的な移動測定値を決定するためにも使用され得る。
【００３５】
幾つかの実施形態では、処理システム１４は、現在の厚みマップが生成され、同じナビゲーション面上の新たな位置に移動されるか、又は、別のナビゲーション面に移動されるために、ナビゲーション装置がナビゲーション面から持ち上げられたとの判定に応じて、厚みマップをリセットする。
【００３６】
ナビゲーション装置がナビゲーション面から持ち上げられ、同じナビゲーション面上の新しい位置へ移動された場合には、処理システムは、ナビゲーション装置が新たな位置に初めに配置された位置として、新たな厚みマップの起点を再定義する。幾つかの実施形態では、この新たな起点位置が、前の厚みマップにおける識別可能な位置に対応するのであれば、処理システム１４は、この新たな起点位置に関して、前の厚みマップの少なくとも一部を解釈するように動作可能であり、そのため、前の厚みマップの解釈された部分における位置座標を再計算する必要がなくなる。
【００３７】
ナビゲーション装置が別のナビゲーション面に移動した場合には、処理システム１４は、現在のナビゲーション面の新たな厚みマップを決定する。ナビゲーション装置が新たなナビゲーション面に初めに配置された場所に、新たな厚みマップの起点が置かれる。これらの実施形態のうちのいくつかでは、処理システム１４が、別のナビゲーション面のためにそれぞれ異なる厚みマップを格納する。
【００３８】
ユーザは、ボタンに圧力を加える（図及び番号を書く）か、又は、ソフトウェアを用い、対応する命令を提供することによって、厚みマップをリセットするように処理システム１４に指示することもできる。
【００３９】
Ｄ．厚み測定値から移動測定値を決定する典型的な位置マップベースの方法。
【００４０】
幾つかの実施形態では、一旦、全ての厚みパラメータ値ｇp（ｘi，ｙj）の変化が集まると（例えば、連続的に更新値がしきい値よりも低く下がった結果生じた変化の後）、処理システム１４は、図６に示すような位置マップ構築処理を中止する。この点では、処理システム１４は、結果として生じた位置マップ９４を用いて、上述したように移動測定値を判定するローカル近似ベースの方法に基づいて、ナビゲーションを補完又は交換する。
【００４１】
図７は、位置マップ９４内にインデクスされた位置座標に基づいてディスプレイ制御信号２２を生成するために、ナビゲーション装置によって実行されるナビゲーション方法の実施形態を示す。
【００４２】
この方法に従って、処理システム１４は、測定サイクルｎのため、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝を取得する。ここで、ｐは、厚みセンサインデクスに対応する正の整数値を有する（図７のブロック１１０）。処理システム１４は、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と、位置マップ９４における厚みベクトル
【数１７】
2008071347.tif 000019
のうちのそれぞれのセットとの間の相関を測定する（図７のブロック１１２）。
【００４３】
一般に、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と、厚みベクトル
【数１８】
2008071347.tif 000020
のセットとの間の相関を測定するために、種々異なるベクトル相関方法のうちのいずれかが使用される。幾つかの実施形態では、処理システム１４は、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と、数式（１１）
【数１９】
2008071347.tif 000021
によって定義されるタイプのベクトルノルムｆL（ｘi，ｙj）のうちの１つに対応する各厚みベクトル
【数２０】
2008071347.tif 000022
との間の距離を判定する。ここで、Ｌは、ベクトルノルムのタイプを指定する正の整数に対応する。Ｌ＝１のベクトルノルムは、一般に、Ｌ１−ｎｏｒｍと称され、Ｌ＝２のベクトルノルムは、一般に、Ｌ２−ｎｏｒｍと称される。これらの実施形態のうちの幾つかでは、相関属性は、指定されたしきい値未満であるベクトルノルム値ｆL（ｘi，ｙj）に対応する。
【００４４】
位置マップ９４における幾つかの厚みベクトル
【数２１】
2008071347.tif 000023
と、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝との間の相関が、いずれも指定された相関属性を満足しない場合には（図７のブロック１１４）、処理システム１４は、前の測定サイクルにおいて出力されたものと同じ移動測定値を出力する（図７のブロック１１６）か、又は、面厚み関数近似から導出された移動測定値を出力する。
【００４５】
現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と、位置マップ９４における幾つかの厚みベクトル
【数２２】
2008071347.tif 000024
のうちの少なくとも１つとの相関が、指定された相関属性を満足する場合には（図７のブロック１１４）、処理システム１４は、現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と最も高い相関を有する厚みベクトルに関連する位置座標から導出される移動測定値を出力する（図７のブロック１１８）。図８に示す例示的な例では、処理システム１４は、厚みベクトル
【数２３】
2008071347.tif 000025
が現在の厚み測定値のセット｛ｈp（ｎ）｝と最も高い相関を有することを判定した後、位置座標（０，１）から導かれる移動測定値を出力する。
【００４６】
一般に、処理システム１４は、物体１６に関するナビゲーション装置の絶対位置を記述するか、又は、物体１６に関するナビゲーション装置の相対移動を記述する移動測定値を決定することができる。この絶対位置は、位置テーブル９４内の位置座標に対応する。これら位置座標は、タブレットベースのナビゲーションに類似した方法により、物体１６に関するナビゲーション装置の移動における１対１の対応を確立するために使用され得る。相対移動を記述する移動測定値は、ナビゲーション装置の現在の絶対位置と、ナビゲーション装置の前の絶対位置との間の差分から導かれ得る。これらの移動測定値は、従来の光学式及びトラックボール式のコンピュータマウスナビゲーション方法に類似した方法により、相対位置ナビゲーションを実行するために使用され得る。
【００４７】
ＩＩＩ．結論
本明細書に記載されたナビゲーション装置及び方法は、物体の厚みの測定値に基づいて、物体にわたるナビゲーションを可能にする。このようにして、これらの実施形態は、従来の光学ナビゲーション技術を用いることによってナビゲートすることが困難な不均一性のない平滑面を有する透明な物体などの物体を含む、その厚みが測定可能な任意のタイプの物体にわたるナビゲーションを可能にする。
【００４８】
他の実施形態は、特許請求の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】典型的な動作環境における厚みセンサシステムと処理システムを含むナビゲーション装置の実施形態のブロック図である。
【図２】ナビゲーション方法の実施形態のフロー図である。
【図３】図１に示すナビゲーション装置の実施形態のブロック図である。
【図４】第１及び第２の測定グループ内に構成された６つの厚みセンサを含む厚みセンサシステムの実施形態の概略平面図である。
【図５】位置マップの実施形態の表である。
【図６】位置マップの実施形態を生成する方法の実施形態のフロー図である。
【図７】ナビゲーション方法の実施形態のフロー図である。
【図８】位置座標のセットと関連する厚み値のセットとが強調された、図５に示す位置マップを示す表である。
【図１】
2008071347.tif 000026
【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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【外国語明細書】
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