(57)【要約】  第１送信器および第２送信器を有する携帯デバイスと；表面と、携帯デバイスから送信される信号を受信するために前記表面の近くまたは近傍に配置される複数の受信器とを有するフラットパネルディスプレイと；携帯デバイスがフラットパネルディスプレイの表面上または近傍に配置されたときに前記表面内の動作領域が規定されるように、受信器に接続される１またはそれ以上のプロセッサとを備え、前記動作領域が、前記表面に対する携帯デバイスの位置を測定するために、携帯デバイスと相互に作用する装置が提供される。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力学的波送信器を含む第１送信器と、電磁波送信器を含む第２送信器とを有する携帯デバイスと、
表面と、前記携帯デバイスから送信される信号を受信するために前記表面の近くまたは近傍に配置される複数の受信器とを有するフラットパネルディスプレイと、
前記携帯デバイスが前記フラットパネルディスプレイの前記表面近傍または前記表面上に配置されたときに前記表面内の動作領域が規定されるように、前記受信器に接続される１またはそれ以上のプロセッサとを備え、
前記動作領域が、前記表面に対する前記携帯デバイスの位置を測定するために、前記携帯デバイスと相互に作用するものとされ、
前記受信器の少なくとも幾つかが、電磁波に基づくセンサと、力学的波に基づく複数のセンサとを含み、
前記１またはそれ以上のプロセッサが、前記力学的波の伝搬時間に対する不均一性を訂正するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記携帯デバイスがスタイラスを含むことを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
前記受信器が、前記力学的波の伝搬時間に影響を与える１またはそれ以上の環境パラメータを検出するための少なくとも１の環境センサを含むことを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１に記載の装置において、
前記力学的波送信器が超音波送信機を含むことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１に記載の装置において、
前記電磁波送信器が赤外線送信器を含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置において、
前記スタイラスが、１またはそれ以上のボタンを有し、前記受信器が、前記１またはそれ以上のボタンの幾つかが押下されたこと、並びに、その押下時における前記スタイラスの位置を検出できるように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１に記載の装置において、
前記携帯デバイスが、磁束を蓄積する主インダクタおよび補助インダクタを備え、それらが互いに密結合されるとともに、前記主インダクタに対する前記補助インダクタの巻線比が１よりも大きいことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置において、
複数のセンサが存在する場合に、それら複数のセンサが並列に接続されるとともに、ｚ方向のオフセットを有する動作領域上の同じｘおよびｙ座標にて配置されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置において、
少なくとも２の力学的波のトランスデューサが、互いに既知の幾何学的関係で配置され、当該既知の幾何学的関係が、前記不均一性を訂正するために、前記伝搬時間により影響を受ける測定結果とともに、使用されることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、
第１受信器が、第２受信器に対してほぼ直交する向きで配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置において、
前記受信器が固定されたまたは調節可能なＺ方向のオフセットを有し、当該Ｚ方向が、前記フラットパネルディスプレイの前記表面に対して直交するものであり、前記オフセットが、第１較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置において、
前記携帯デバイスが固定されたまたは調節可能なＺ方向のオフセットを有し、当該Ｚ方向が前記表面に対して直交する方向であり、前記オフセットが、第２較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。
【請求項１３】
携帯デバイスをフラット面の近傍に配置するステップと、
少なくとも１の超音波信号を複数の超音波センサで、少なくとも１の赤外線信号を１またはそれ以上の赤外線センサで、それぞれ受信または検出するステップであって、それらセンサが前記フラット面上またはその近傍に配置されるステップと、
検出された少なくとも１の超音波信号と少なくとも１の赤外線信号を処理して、前記携帯デバイスの位置を測定するステップであって、その処理に、力学的波の伝搬時間に対する不均一性を訂正することを含むステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の方法において、
前記伝搬時間の温度依存性を低減するために複数の前記力学的波センサを積層配置するステップ；
例えば離散低雑音増幅器を使用することにより、前記力学的波センサ、例えば超音波センサの感度を増加させるステップ；
複数の受信器をデジタル信号処理ユニットに接続し、ペンまたはスタイラスがある位置に基づき、能動的切換ゾーニング（actively switched zoning）を生成するステップ；および／または、
前記力学的波、例えば超音波の飛行時間の変動を補正するために温度センサを使用するステップであって、１セット以上の受信器２０８が使用されるときに、それと関連する補正方法が、冗長な座標セットに基づいて温度を計算するステップ；および／または、
前記受信器２０８およびスタイラス２０２にＺ方向のオフセットを加えるステップであって、前記Ｚ方向を前記表面１４の平面に対して垂直とするステップのうち、
１またはそれ以上のステップをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載の方法において、
超音波の伝搬時間に影響を与える１またはそれ以上の環境パラメータを検出して、前記不均一性の訂正に、検出した１またはそれ以上の環境パラメータを使用するステップをさらに備えることを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法において、
前記環境パラメータに温度を含むことを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１３に記載の方法において、
１以上のセンサが同じｘおよびｙ位置に配置され、ｚ座標オフセットを有する異なるセンサを積層配置することを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
請求項１３に記載の方法において、
２またはそれ以上の超音波センサが、互いに既知の幾何学的向きで配置され、前記不均一性の訂正に前記既知の向きを使用することを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項１３に記載の方法において、
前記既知の向きがほぼ垂直となるように、２またはそれ以上の超音波センサが、互いにほぼ直交するように配置されていることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１３に記載の方法において、
前記処理するステップが、前記センサに接続された少なくとも１のプロセッサを使用することを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法において、
前記センサと前記少なくとも１のプロセッサとの間の接続が無線手段を介して行われることを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法において、
前記センサと前記少なくとも１のプロセッサとの間の接続が有線手段を介して行われることを特徴とする方法。
【請求項２３】
電磁波送信器および力学的波送信器を含むスタイラスと、
フラットパネルディスプレイの表面の近傍に配置される複数の受信器であって、少なくとも１の電磁波に基づくセンサと、力学的波に基づく複数のセンサとを含む受信器と、
前記受信器に接続される１またはそれ以上のプロセッサであって、前記スタイラスが送信しているときに、前記表面に規定される動作領域上の前記スタイラスの位置を測定するとともに、その際に、前記力学的波の伝搬時間の変動を訂正することを含むように構成されたプロセッサとを備えることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の装置において、
前記力学的波の伝搬時間に影響を与える１またはそれ以上の環境パラメータを検出するための少なくとも１の環境センサをさらに備え、
前記位置の測定に、前記少なくとも１の環境センサにより検出された１または複数の環境パラメータを考慮して、伝搬時間の変動を訂正することを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の装置において、
少なくとも２の前記力学的波センサが互いに既知の幾何学的向きを有し、前記力学的波の伝搬時間の変動の訂正に、前記既知の幾何学的向きが考慮されることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項２３に記載の装置において、
前記１またはそれ以上のプロセッサがホスト処理ステムに接続され、
前記ホスト処理システムが、前記スタイラスの一連の状態および位置を受信するように機能するとともに、前記スタイラスがボタンを含む場合には、その受信内容に、何れかのボタンが押下されたか否かを含むことを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項２３に記載の装置において、
前記フラットパネルディスプレイが、ＬＣＤディスプレイ、プラズマディスプレイおよび／またはリアプロジェクションディスプレイ、またはそれらディスプレイの組合せの中の１またはそれ以上を含むことを特徴とする装置。
【請求項２８】
請求項２３に記載の装置において、
前記力学的波センサが超音波センサであり、各力学的波受信器が前記表面に沿う各位置に１または複数のセンサを含み、複数のセンサが存在する場合に、それら複数のセンサが並列に接続されるとともに、ｚ方向のオフセットを有する動作領域上の同じｘおよびｙ座標にて配置されることを特徴とする装置。
【請求項２９】
請求項２３に記載の装置において、
一対の力学的波センサと１の電磁波センサのみを使用するのとは対照的に、動作面の領域に至るように配置された複数セットの受信器を備え、それら複数の受信器が同数またはそれより少ない数量のプロセッサと接続されていることを特徴とする装置。
【請求項３０】
請求項２９に記載の装置において、
メモリを含み、そのメモリには、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、複数の前記受信器を能動的に管理して対象信号を１またはそれ以上の関連処理ユニットに単に結合する方法を実行するソフトウェアが含まれることを特徴とする装置。
【請求項３１】
請求項２９に記載の装置において、
少なくとも２の前記力学的波センサが互いに直交またはほぼ直交する向きで配置され、前記力学的波の伝搬時間における変動の訂正に、既知の幾何学的向きが考慮されることを特徴とする装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の装置において、
前記ほぼ直交する向きとは、互いになす角度が８５と９５度の間であることを特徴とする装置。
【請求項３３】
請求項３２に記載の装置において、
前記ほぼ直交する向きとは、互いになす角度が８０と１００度の間であることを特徴とする装置。
【請求項３４】
請求項２９に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、超音波の飛行時間変動に対してより少ない感度を有する座標に関連してより大きい重みを付けるとともに、超音波の飛行時間変動に対してより大きい感度を有する座標に関連してより小さい重みを付けて、複数の受信器からの座標に基づき、前記スタイラスの位置を計算するための方法を実行することを特徴とする装置。
【請求項３５】
請求項２９に記載の装置において、
前記受信器が複数チャネルの環境ＩＲセンサを含み、それら環境ＩＲセンサの最も感度の高い方向が、前記動作領域から離れて配置されることを特徴とする装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、利得を調整するとともに、前記環境ＩＲセンサの増幅部を含み、主たるＩＲセンサからの環境ＩＲノイズを能動的に取り除く方法を実施することを特徴とする装置。
【請求項３７】
請求項３５に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、赤外線位相ロックループ法およびフリーランＩＲ状態におけるランニング法を実施する方法を実行するものであり、前記方法の出力が、前記赤外線位相ロックループ法または前記フリーランＩＲ状態法の何れかの結果であり、２状態間の切換が、１またはそれ以上の予め設定された条件に基づいて能動的に管理されることを特徴とする装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置において、位相ロックループ状態がアクティブであるときに受信信号のタイミングデータを格納するメモリをさらに備え、前記フリーランＩＲ法が、最も最近のデータに関連してより大きい重みを付けて、前記メモリに格納された前記位相ロックループ法により生成されたデータに基づき、ＩＲデータを再形成するとともに、前記フリーランＩＲ法は、前記位相ロックループ法が動作を止めたときに、同じＩＲデータを生成するように働き、また、前記位相ロックループ法が再開したときに、直ちに、前記位相ロックループ法の出力を追跡するように働くことを特徴とする装置。
【請求項３９】
請求項２６に記載の装置において、
前記ホスト処理システムが、ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、実行の際に、フリーランＩＲ法から生成される座標間の任意の不一致を修正し、それに続いて、ＩＲ信号を生成する位相ロックループ法を再開するためのアルゴリズムを含むように機能する方法を実行することを特徴とする装置。
【請求項４０】
請求項２９に記載の装置において、
前記超音波の伝搬時間に影響を与える環境パラメータを検出するための少なくとも１の環境センサをさらに備えるとともに、ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、前記１またはそれ以上の環境センサから結合されたパラメータに基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実行することを特徴とする装置。
【請求項４１】
請求項２９に記載の装置において、
ソフトウェアを格納したメモリを含み、そのソフトウェアが、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、複数の前記受信器から生成される冗長座標に基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実行することを特徴とする装置。
【請求項４２】
請求項２３に記載の装置において、
前記受信器が、固定されたまたは調節可能なＺ方向のオフセットを有し、当該Ｚ方向が、前記フラットパネルディスプレイの前記表面に対して直交するものであり、前記オフセットが、較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。
【請求項４３】
請求項２３に記載の装置において、
前記スタイラスが、固定されたまたは調節可能なＺ方向のオフセットを有し、当該Ｚ方向が前記表面に対して直交する方向であり、前記オフセットが、較正法を使用するために補正されることを特徴とする装置。
【請求項４４】
請求項２３に記載の装置において、
前記スタイラスが、先端部を含むとともに、その先端部に配置された温度センサを有し、当該スタイラスにより送信される１またはそれ以上の信号に符号化された状態で、前記先端部周囲の温度を前記受信器に送信することを特徴とする装置。
【請求項４５】
請求項２３に記載の装置において、
前記力学的波センサが、センサおよび送信器の両方として機能することができる超音波トランスデューサであり、送信する１またはそれ以上の超音波トランスデューサと、受信する１またはそれ以上のトランスデューサとを用いて、較正法を使用できることを特徴とする装置。
【請求項４６】
請求項２７に記載の装置において、
前記フラットパネルディスプレイがその上に配置されるテーブルのような、主動作領域に隣接する１またはそれ以上の補助動作領域をさらに備え、前記スタイラスが前記補助動作領域内に移動するときに、前記スタイラスの位置と見込まれる状態を捕捉するために、複数の受信器が前記補助動作領域内に配置されることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型フラットパネルディスプレイのインタラクティビティに関するものである。本発明は、２００７年６月１５日に出願された、発明者をＨａｒｅｌ  ｅｔ  ａｌ．とする米国仮出願第６０／９４４，３７２号の利益を主張するものであって、当該出願を変更したものである。この米国仮出願第６０／９４４，３７２号の内容は参照により本明細書に援用されるものとする。
【背景技術】
【０００２】
赤外線波を含む電磁波と、超音波を含む力学的波（mechanical wave）とを使用して、ジェスチャ（gestures）をマッピングすることは、知られている。発明者をＰｒａｋａｓｈ  Ｍａｈｅｓｈ  ｅｔ  ａｌ．とする米国特許出願第２００８０１１４６１５号は、薄型エアディスプレイにおける、ジェスチャに基づく医療用途の意思疎通（interaction）のための方法およびシステムを開示している。Ｍａｈｅｓｈ特許は、臨床環境においてジェスチャに基づく意思疎通のための方法を提供するものであり、当該方法は、薄型エアディスプレイ空間においてジェスチャを検出するステップをさらに備えるものである。また、この方法は、検出されたジェスチャを特定するステップを備える。さらに、この方法は、特定したジェスチャを対応する医療用途機能に変換するステップも備える。ある実施形態は、その中に、ジェスチャ検出システムを提供する。そのシステムは、薄型エアディスプレイ空間内で行われたジェスチャを検出するように構成された少なくとも１のセンサによって規定される薄型エアディスプレイ空間を含む。また、そのシステムは、ジェスチャを特定するとともに、そのジェスチャを対応医療用途機能に変換するように構成されたプロセッサも含む。
【０００３】
位置決めのために超音波を含む力学的波を使用し、タイミングのために赤外線信号を含む電磁波を使用することは、知られている。発明者をＷｉｌｌｉａｍ  Ｐ．Ｍｏｙｎｅ  ｅｔ  ａｌ．とする米国特許出願第２００３０１５１５９６号は、表面上で行われた筆記を記録するためのシステムおよび方法を開示している。Ｍｏｙｎｅ特許は、表面上で行われた筆記を記録するシステムおよび方法であって、スタイラスと、ベース器具およびこれに移動不能に取付可能なパーソナリティモジュールを有する検出アセンブリとを含むシステムおよび方法を開示している。検出アセンブリは、この発明のシステムが筆記を追跡および記録することを可能にする記憶媒体を包含するが、コンピュータ、プリンタ、無線デバイスまたは携帯デバイスのような処理デバイスには接続されていない。
【０００４】
大型フラットパネルディスプレイの価格は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）およびプラズマディスプレイ技術の進展と、益々多くのフラットパネルディスプレイが家庭、学校の教室および企業の会議室に進出することに対する強い要請とにより、急落している。しかしながら、今日販売されている殆どの大型フラットパネルディスプレイは、出力デバイスとしてのみ使用されている。
【０００５】
したがって、入力デバイスとして大型フラットパネルディスプレイを使用することが望まれる。また、大型フラットパネルディスプレイと付随して携帯デバイスを使用するとともに、ディスプレイに対する携帯デバイスの位置を測定することも望まれる。
【発明の概要】
【０００６】
第１送信器および第２送信器を有する携帯デバイスと；表面と、携帯デバイスから送信される信号を受信するために前記表面の近くまたは近傍に配置された複数の受信器とを有するフラットパネルディスプレイと；携帯デバイスがフラットパネルディスプレイの表面上または近傍に配置されたときに前記表面内の動作領域が規定されるように、受信器に接続される１またはそれ以上のプロセッサとを備え、前記動作領域が、前記表面に対する携帯デバイスの位置を測定するために、携帯デバイスと相互に作用することを特徴とする装置が提供される。
【０００７】
携帯デバイスの位置を検出するための方法が提供される。この方法は、フラット面の近傍に携帯デバイスを配置するステップと、少なくとも１の超音波信号および少なくとも１の赤外線信号を受信または検出するステップと、フラット面の動作領域上にセンサを配置するステップと、検出した少なくとも１の超音波信号および少なくとも１の赤外線信号を処理するステップとを備える。検出した信号の処理には、超音波の伝搬時間の変動（variation）を訂正することが含まれる。一実施形態においては、超音波伝搬速度に影響を与える環境パラメータの１またはそれ以上のセンサが含まれ、上記訂正に、１またはそれ以上の検出した環境パラメータが使用される。別の実施形態においては、２またはそれ以上の超音波センサが、互いに既知の幾何学的向き、例えば直交または略直交するように配置され、上記訂正に、センサが既知の向きにあることが使用される。
【０００８】
一実施形態においては、２またはそれ以上のセンサが並列に配置される。
【０００９】
携帯デバイスの位置を検出するための装置が提供される。その装置は、例えば超音波の、第１送信器と、例えば赤外線の、第２送信器とを有する携帯デバイスと；表面と、携帯デバイスから送信される信号を受信するために前記表面の近くまたは近傍に配置された複数の受信器とを有するフラットパネルディスプレイと；携帯デバイスがフラットパネルディスプレイの表面上または近傍に配置されたときに前記表面内の動作領域が規定されるように、受信器に接続された１またはそれ以上のプロセッサとを備え、前記動作領域で動作する携帯デバイスが、前記表面に対する携帯デバイスの位置を測定することを提供する。受信器の少なくとも幾つかは、電磁波センサ、例えば赤外線センサと、超音波センサのような複数の力学的波センサとを備える。
【００１０】
プロセッサによる処理は、検出した信号を使用するとともに、超音波の伝搬時間の変動を訂正することが含まれる。
【００１１】
一実施形態は、力学的波の伝搬時間に影響を与える１またはそれ以上の環境パラメータを検出するための少なくとも１の環境センサを含む。訂正には、１またはそれ以上の検出した環境パラメータが使用される。
【００１２】
別の実施形態において、２またはそれ以上の超音波センサが、互いに既知の幾何学向き、例えば直交またはほぼ直交するように配置され、上記訂正に、センサが既知の向きにあることが利用される。
【００１３】
本発明の実施形態は、方法および装置を含むとともに、その方法を実行するために、１またはそれ以上のコンピュータが読み取り可能な有形媒体に符号化されたロジックを含む。上記方法は、大型フラットパネルディスプレイと関連して携帯デバイスを使用するとともに、ディスプレイに対する携帯デバイスの位置を測定する。一実施形態は、超音波のような力学的波を使用して、大型パネルディスプレイの表面における位置を測定する方法を含む。
【００１４】
特定の実施形態は、それら態様、機能または利点のすべてまたは幾つかを提供するもの、あるいは何れも提供しないものであってもよい。特定の実施形態は、１またはそれ以上のその他の態様、機能または利点を提供するものであり、その１またはそれ以上が、図面、明細書および添付の請求の範囲から当業者に容易に明らかになると思われる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明のある実施形態に係る、超音波を含む力学的波の波の屈折の一例である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明のある実施形態に係る、加熱表面上の波の屈折の一例を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明のある実施形態に係る、図２Ａのスタイラスの詳細な描画の一例を示している。
【図３】図３は、本発明のある実施形態に係る、複数受信器構成を使用するシステムの一例である。
【図４】図４は、本発明のある実施形態に係る位置測定システムの一例である。
【図５】図５は、本発明のある実施形態に係る受信器の直交配列スキームの一例である。
【図６】図６は、本発明のある実施形態に係るブロック図の一例である。
【図７】図７は、本発明のある実施形態に係るフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［フラットパネルディスプレイおよびその特徴］
この開示は、大型フラットパネルディスプレイに付随する特性と、通常のフラットパネルディスプレイをインタラクティブな動作面に変換する電子入力デバイスの設計とについて検討する。本明細書に記載の発明は、そのサイズに限定される訳ではないが、大型ディスプレイとは、対角寸法が３７インチまたはそれ以上のディスプレイを意味する。
【００１７】
現在のところ、液晶ディスプレイおよびプラズマディスプレイは、主要な大型フラットパネルディスプレイ技術である。また、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）およびＥＬディスプレイ（ＥＬＤ）などが現在開発中である。そのような他の技術は、近い将来大型ＬＣＤまたはプラズマディスプレイと、それら技術のコストおよび成長の欠如が原因で、競い合うかもしれないし、そうはならないかもしれない。このため、本明細書の記載は、ＬＣＤおよびプラズマディスプレイに重点を置くこととする。
【００１８】
ＬＣＤパネルは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の制御下で、バックライトにより通常照射される。個々のピクセル（画素）は、光弁として働き、バックライトの経路を調整して、イメージデータに従い映像を生成する。現在のところ、バックライトは、通常、冷陰極蛍光ライトである。その名称が示唆するのとは異なり、冷陰極蛍光ライトは、実際には作動中に、幾らかの熱を発生する。一部の発光は、赤外線範囲を含む電磁波範囲に入り、そのため、ディスプレイの表面２００を加熱可能である。より効率良く作動させ、且つ調光制御を可能とするために、冷陰極蛍光ライトは、高周波安定器を動力源とし、数百ボルトで３０ＫＨｚ乃至２００ＫＨｚの周波数範囲を有するように、パルス幅変調され、それにより、ＬＣＤフラットパネルディスプレイを光源あるいは電気汚染（electrical pollution）とすることができる。
【００１９】
プラズマフラットパネルディスプレイの場合、個々の各ピクセルは、一対の透明電極により構成され、不活性ガス充填ガラスパネルの間に挟まれる。ドライバの制御下で、電極に数百ボルトが印加され、それが不活性ガスをイオン化してプラズマを生成する。そして、プラズマからの紫外線発光がその内部の蛍光体材料を励起し、それにより可視画像を生成する。プラズマを生成する電流は、熱を生成するとともに、ＬＣＤの場合と同様に、発光が幾らかの赤外線照射を含み、それによっても熱を生成する。すなわち、電極アレイに印加される高電圧および発光が、プラズマに、光源とともに、電気汚染を作り出すこととなる。
【００２０】
結論として、ＬＣＤおよびプラズマフラットパネルディスプレイは、どちらも、熱、発光および電気汚染問題を有する。
【００２１】
［音波の屈折］
本発明の一態様は、力学的波、例えば、超音波を使用して、大型パネルディスプレイの表面２００上の位置を測定することである。
【００２２】
音波は、温度が上昇するに連れて、速く伝搬することが知られている。例えば、通常条件下における、空気中の音波の速度の線形近似は、次の通りとなる。
【００２３】
【数１】
2010531015.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｖは速度（ｍ／ｓ）、Ｔは摂氏温度をそれぞれ示しており、上記式は、近似的な線形関係に従い、温度が高くなるほど音波が速く伝搬することを示している。
【００２５】
力学的波エミッタ、例えば超音波エミッタが、大型フラットパネルディスプレイの表面２００など、加熱された表面２００の近傍（表面上または近接位置）で作動すると仮定する。表面２００に隣接する空気は、それよりも離れた空気よりも暖かい。そのため、力学的波、例えば超音波は、より速く進む。波の屈折の理論と本発明者等による実験的観察によれば、超音波パルスのような波の波面は、図１に示すように、遅く伝搬する媒体に向けて曲がることとなる。
【００２６】
図１を参照すると、力学的波、例えば超音波の“波の屈折”が示されている。光学に関するスネルの法則と同様に、入射および屈折音波は次の関係に従う。
【００２７】
【数２】
2010531015.tif 000004
【００２８】
ここで、ＶｃとＶｗ、ＫｗとＫｃは、温度が高い領域と低い領域における音波の速度、屈折率をそれぞれ示している。αとβは、図示のように、角度である。このため、屈折は、図２に示すように、例えば大型パネルディスプレイの表面２００など、加熱された表面２００から音波をそらせる傾向がある。
【００２９】
図２Ａを参照すると、加熱表面２００上における波の反射が示されている。図から分かるように、加熱表面２００に関して、力学的波伝搬、例えば超音波の伝搬は温度に依存するものであり、そのような波の受信器により表面２００の近傍で測定される波の信号強度は、一般に、表面２００近傍の温度差により減少する。
【００３０】
図２Ｂは、先端部２０３を含むスタイラス２０２の簡素化した描画を示している。本発明の一態様は、力学的波、例えば超音波パルスの送信器２０４を含むスタイラス２０２の位置を、表面２００近傍の予め設定された既知の位置にある力学的波センサ２０８、例えば超音波センサを有する受信器を使用することにより、測定することである。力学的波送信器、例えば超音波パルスの送信器２０４を有するスタイラス２０２に加えて、一実施形態では、スタイラス２０２は、電磁波送信器、例えば赤外線送信器２０６をさらに含む。そのような電磁波パルス、例えば赤外線パルスの受信器２０９も、表面２００上またはその近傍に配置される。電磁波の放射線、例えば赤外線が、力学的波パルス、例えば超音波パルスよりも遙かに速く表面２００に沿って進行すると仮定すると、力学的波、例えば超音波パルスと、これと同時に送信された電磁波パルス、例えば赤外線パルスとの到着の差異を測定することにより、スタイラス２０２から受信器２０８までの距離を測定することができる。表面２００上におけるスタイラス２０２の位置を測定する方法は、例えば、三角測量および／または別の方法を使用することにより分かるが、そのような方法は、一般的には、表面２００上またはその近傍における加熱を考慮していない。そのような方法は、カリフォルニア州サンカルロスのＬｕｉｄｉａ，Ｉｎｃ．に譲渡された様々な特許に記載されており、かかる特許には、それに限定される訳ではないが、公開された米国特許出願第２００１００００６６６号、米国特許出願第２００１００５０６７７号および米国特許出願第２００２０１６７４９６号が含まれる。さらに、同じ譲受人に譲渡された米国特許、すなわち、米国特許第５８６６８５６号、米国特許第６０４６４２０号、米国特許第６０６７０８０号、米国特許第６１１８２０５号、米国特許第６１５１０１４号、米国特許第６１８４８７３号、米国特許第６２６５６７６号、米国特許第６２６６０５１号、米国特許第６２９２１７７号、米国特許第６３００５８０号、米国特許第６３２３８９３号、米国特許第６３２６５６５号、米国特許第６３３５７２３号、米国特許第６３７３００３号、米国特許第６４１４６７３号、米国特許第６４２４３４０号、米国特許第６４５６２８０号、米国特許第６５０１４６１号、米国特許第６５４９２３０号、米国特許第６５７１６４３号、米国特許第６７３１２７０号、米国特許第６７８６１０２号、米国特許第６８２２６４１号、米国特許第６８７５９３３号および米国特許第７２２１３５５号も参照されたい。
【００３１】
温度上昇の効果を補うために、１またはそれ以上の構成を採ることができる。その構成には、以下のうち、１またはそれ以上が含まれる。
【００３２】
・力学的波の出力、例えば超音波出力を増加させて、スタイラス２０２の力学的波のリンギング（ringing）、例えば超音波リンギングを減少させる。
【００３３】
・複数の力学的波センサ、例えば超音波センサを積み重ねて、温度依存性を最小化させる。
【００３４】
・例えば離散低雑音増幅器（ＬＮＡ）を使用することによって、力学的波センサ、例えば超音波センサの感度を増加させる。
【００３５】
・複数の受信器をデジタル信号処理（ＤＳＰ）ユニットに接続し、それにより、以下に示すように、ペンまたはスタイラス２０２がある位置に基づき、能動的切換ゾーニング（actively switched zoning）を生成して、サイズを増加させる。
【００３６】
・力学的波、例えば超音波の飛行時間における変動を補正するために温度センサを使用する。１セット以上の受信器２０８が使用されるとき、それと関連する補正方法は、冗長な座標セットに基づいて温度を計算することができる。
【００３７】
・受信器２０８およびスタイラス２０２にＺ方向のオフセットを加える。ここで、Ｚ方向は、表面の平面に対して垂直である。
【００３８】
図３を参照すると、複数受信器構成３００を使用するシステムの一実施形態が示されている。表面２００は、４ゾーン（ゾーン１−ゾーン４）から形成され、各ゾーンが、それらの近傍に配置される関連受信器（受信器１−受信器４）を有している。各受信器は、デジタル信号処理ユニット（ＤＳＰＵ）にそれぞれ接続される。４ゾーンは動作領域３０２を形成する。
【００３９】
［空気の動き］
力学的波、例えば超音波を使用する位置測定に関する別の態様は、熱の生成に由来する空気の動きである。空気は、例えば大型パネルディスプレイの表面２００により加熱されたときに、低密度となり、その結果、上方に移動して、局所的な渦流および小さい乱気流を生成する可能性がある。力学的波、例えば超音波に基づく位置決めシステムが使用されるとき、そのような空気の動きは、力学的波、例えば超音波の伝搬時間に影響を与え、その結果、“揺らぎ受信（wandering reception）”と呼ばれる現象を作り出す。
【００４０】
図４を参照すると、位置決めシステム４００は一対の受信器、すなわち第１センサ４０２および第２センサ４０４を使用して、二次元表面２００上で三角測量を実行する。そのスキームは、“２受信器による２次元三角測量”として示される。
【００４１】
図示のように、２個のセンサ、すなわち第１センサ４０２および第２センサ４０４は、水平として定義される、例えばＸ軸に沿って、座標（−ｓ，０）および（ｓ，０）にそれぞれ配置されるとともに、力学的波、例えば超音波パルスを発するスタイラス２０２は位置Ｐにあり、それが、時間が経つと移動することができると仮定する。動点Ｐからセンサまでの距離は、Ｌ１およびＬ２でそれぞれ表される。
【００４２】
したがって、次の２方程式が得られる。
【００４３】
【数３】
2010531015.tif 000005
【００４４】
ここで、“＾”は累乗である。ｙ≧０と仮定すると、コンピュータ実行法のような方法を使って、以下の方程式を解くことができる。
【００４５】
【数４】
2010531015.tif 000006
【００４６】
一実施形態において、Ｌ１およびＬ２の変動に対する座標感度の推定量は、ＸおよびＹについて偏導関数を取ることにより得ることができ、以下の４方程式に到達する。
【００４７】
【数５】
2010531015.tif 000007
【数６】
2010531015.tif 000008
【００４８】
ここで、“＊”は乗算を表している。
【００４９】
相対的に小さい非受信エリアを設けるために、ある構成では、例えば、受信器空間２＊ｓがＬ１またはＬ２よりも遙かに小さくなるように、受信器を相対的に近接位置に間隔を空けて配置することが含まれる。∂（ｘ）／∂（Ｌ１）および∂（ｘ）／∂（Ｌ２）は２＊ｓに反比例するため、Ｌの小さい変化は、ｘ座標に沿ったｘの大きな変化をもたらすこととなる。これを理解するために、
【数７】
2010531015.tif 000009
とする。すると、
【００５０】
【数８】
2010531015.tif 000010
【００５１】
Ｌ１とＬ２の差異が大きくなると、ｙ感度が増大する。
【００５２】
一例として、受信器がコーナ位置に配置されると仮定する。さらに、｜ｙ／ｘ｜＞１と仮定する。
【００５３】
上述した分析に基づき、Ｌ１とＬ２の何れかの変化は、座標ｘに大きな影響を与える。この結果は、受信器から受信器までの距離に対して、送信器から送信器までの距離の比率を増加させたときに、より顕著となるであろう。
【００５４】
本発明の一態様は上記分析結果を扱うが、本発明は、上記分析の正確さに依存するものではなく、そのような正確さはここでは要求されない。上記分析は、本発明に考え至る論拠を示すために、一例として単に与えるものに過ぎない。
【００５５】
図５を参照すると、受信器の直交配置スキーム５００が示されている。感度からもたらされる問題を最小化するために、ある例示の実行では、二組の受信器、すなわち第１受信器３０６および第２受信器３０８が、表面２００に沿って直交配置で設置されている。受信器はＤＳＰボード３０４に接続され、当該ボードは、インターフェース電子機器および適当なプロセッサ、例えばＤＳＰデバイスを含み、位置を測定するようになっている。各セットの受信器で受信される信号は、受信器セット１および受信器セット２の対象座標（ｘ１，ｙ１）および（ｘ２，ｙ２）をそれぞれ測定するために、ＤＳＰボード３０４により使用される。座標変換後、当業者は、同様の座標を表すｘ１，ｙ２またはｘ２，ｙ１を容易に理解することであろう。ｙ方向は力学的波、例えば超音波の飛行時間の変化に対する感度が低いため、一実施形態は、座標を測定するために異なる重み付けを使用することによって未知のスタイラス２０２の位置座標を測定する。
【００５６】
［赤外線放射を含む電磁波］
上述したように、フラットパネルディスプレイは、電磁波放射、例えば赤外線（ＩＲ）放射も生成すると考えられる。さらに上述したように、本発明の一実施形態において、スタイラス２０２は、１またはそれ以上の力学的波パルス、例えば超音波パルスとともに、電磁波パルス、例えば赤外線パルスを送信する。パネルからのＩＲ放射はシステムに影響を与え、例えばＩＲ領域におけるノイズを生成する可能性がある。そのようなＩＲノイズは、ＩＲパルスをスタイラス２０２から検出するという問題を引き起こすのに十分に大きく、あるアーキテクチャにおいては、ＩＲ増幅器が設けられる。しかしながら、ＩＲ増幅器において飽和状態が生じる可能性があり、それによりデジタル領域のプロセスが困難となる。
【００５７】
［能動的アナログ赤外線キャンセリング］
本発明の一実施形態は、ＩＲノイズを検出するために、環境方向（ambient direction）とも呼ばれる、ノイズの到来が予測される方向に向けて配置された第２チャネルＩＲ受信器（図示省略）を含む。そのような検出ノイズは、基準信号（reference signal）を生成する。一実施形態において、ノイズ基準を検知するチャネルについての利得は、表示されたイメージにおける変化、ユーザの動き、またはそれらの両方に起因するノイズ受信における変動に適合するために、能動的に調整可能である。ユーザの動きは、ユーザからの反射が原因でＩＲノイズに影響を与える可能性がある。一実施形態において、検出されて増幅されたノイズ信号は、スタイラス２０２によるＩＲの送信による結果として検出されたＩＲ信号から差し引かれる。そのような能動的ノイズキャンセリングは、非線形ＩＲ受信があるとき、例えば、ＩＲ増幅器が飽和状態のときに、特に有用である。
【００５８】
別の実施形態は、ノイズキャンセリングＩＲ干渉除去を使用する。一実施形態は、発明の名称を“ＩＮＴＥＲＦＥＲＥＮＣＥ  ＲＥＭＯＶＡＬ  ＩＮ  ＰＯＩＮＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＬＯＣＡＴＩＮＧ  ＳＹＳＴＥＭＳ”、発明者をＷｅａｖｅｒ  ｅｔ  ａｌ．とする、２００５年１月２０に出願された米国特許出願第１１／０３８，９９１号に記載された方法を使用する。この米国特許出願第１１／０３８，９９１号の記載内容は参照により本明細書に援用されるものとする。
【００５９】
［位相ロックループおよび赤外線リカバリ（recovery）］
一実施形態は、電磁波リカバリ、例えばＩＲリカバリ用の位相ロックループ（ＰＬＬ）を含む。図６を参照すると、位相ロックループ（ＰＬＬ）６０２およびＩＲリカバリを含む一実施形態のブロック図６００が示されている。入力ＩＲデータ６０４は、ＩＲリシェーパ６０６によりリシェイプされて（形状が整えられて）、ＩＲ位相検出に適したものとなる。ＩＲリシェイプされた情報は最初に加算器６０８を通過した後、ローパスフィルタ６１０にかけられる。ローパスフィルタで処理した情報は、ＩＲパルス生成器６１２に送り込まれ、再形成されたＩＲ情報に変化する。再形成されたＩＲは、位相検出器のその他の入力に戻り、閉ループトラッキングまたはＰＬＬを形成する。
【００６０】
一状態において、ＰＬＬはＩＲ信号を生成する。ある条件下において、スタイラス２０２からのＩＲ信号は、物体によって物理的に阻まれるか、あるいは環境からのＩＲノイズによって遮断される。そのシステムの一実施形態は、ポジティブな“ペンアップ（pen-up）”パッケージを生成するスタイラス２０２を含む。システムがスタイラス２０２からポジティブなペンアップ・パッケージを受信しない場合には、スイッチがフリーランＩＲ（ＦＲＩＲ）状態６１４と呼ばれる状態に切り換えられて、それにより、ロックされたスタイラス２０２のタイミング履歴に基づいてＩＲデータが生成される。そのような実施形態において、スタイラス２０２により送信された信号からの履歴検出タイミングは維持される。さらに、そのような構成において、ＦＲＩＲ６１４に基づいて計算されるように、力学的波、例えば超音波タイミングは、異常を確認するために、維持された履歴に対して検証がなされる。ＦＲＩＲ６１４における信頼性は、力学的波、例えば超音波検出がポジティブな結果を与えるときに増加する一方、座標不一致が生じるとき、例えばスタイラス２０２の座標が特定の速度および加速度で特定の方向に変化するときに減少する。不一致は、移動方向が適当でないときの事象である。
【００６１】
スイッチ６１８は、ＰＬＬ６０２から出力されたＩＲ信号にＦＲＩＲ６１４を受けさせるか否かを決定する。
【００６２】
１またはそれ以上のプロセッサにプログラム化された一方法は、ＦＲＩＲ６１４の使用を終了すること、並びに、スイッチ６１８を切り換えることを決定するとともに、以下の何れかが生じたときにブロック図６００の出力として出力されたＰＬＬ６０２を維持する働きをする。
【００６３】
・ＰＬＬ６０２が動作を再開する（障害が取り除かれる）。
・ポジティブな力学的波、例えば超音波が全く検出されない。
・著しい座標の不一致が発生する。
・表面２００から離れるポジティブな力学的波、例えば超音波信号が（３Ｄ結果に基づいて）検出された後に、２またはそれ以上の受信器が使用される場合。
・ＦＲＩＲの使用時に最大タイムアウトが生じる。
【００６４】
一実施形態においては、例えば有線または無線接続によって位置決定システム（力学的波、例えば超音波受信器、ＩＲ受信器およびＤＳＰボードを含むシステム）のＤＳＰボードが接続されるホストコンピュータシステムにおけるソフトウェアが、ＦＲＩＲとそれに続くＰＬＬオペレーションの再開から生成された座標間の任意の不一致を訂正する働きをする。
【００６５】
［電気的干渉］
フラットパネルディスプレイのバックライトは、相対的に高電圧、例えば起動時に最大１ＫＶと、相対的に高電流、例えばスイッチングレギュレータが使用される場合に最大１０Ａが必要となり、ノイズが、ある力学的波、例えば超音波回路を操作する必要がある、３０ＫＨｚ乃至２００ＫＨｚの範囲に含まれる可能性がある。。上記のことは、遮蔽印刷回路ボードの使用および遮蔽ケーブルの使用を含む念入りな回路設計において考慮がなされるとともに、どこでどのように受信器およびケーブルを配置するかに関する念入りな検討も用いられる。
【００６６】
［方法］
図７を参照すると、携帯デバイスの位置を決定するためのフローチャート７００が示されている。携帯デバイスは、フラット面の近傍に配置される（ステップ７０２）。フラット面は、フラットパネルディスプレイ、または本特許出願に記載されているその他の種類のフラット面の何れか１つであってもよい。携帯デバイスは、少なくとも１の内蔵型力学的波送信器、例えば超音波送信器と、少なくとも１の電磁波送信器、例えば赤外線送信器とを備える。フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置される複数の受信器は、送信された超音波および赤外線信号をそれぞれ受信または検出する（ステップ７０４）。携帯デバイスは、スタイラスまたは本出願に記載のその他の携帯デバイスであってもよい。上記方法は、ステップ７０８にいて、本出願に記載のセンサおよび様々なメモリに接続された少なくとも１のプロセッサを使用して検出信号を処理することを含む。その処理は、超音波の伝搬時間の変動を修正することを含む。一実施形態において、超音波伝搬時間に影響を与える１またはそれ以上の環境パラメータ、例えばそれに限定される訳ではないが、温度、気圧等を検出するために、少なくとも１の環境センサが表面の近傍に設けられる。ステップ７０６は、１またはそれ以上の環境パラメータを検出することを含む。別の変形例において、各超音波受信器またはセンサは、表面に沿う各配置上に１または複数のセンサを含む。複数のセンサが存在する場合には、複数のセンサが並列に接続され、一実施形態では、それらセンサが、ｚ方向のオフセットを有する動作領域上の同じｘおよびｙ座標にて配置される。さらに別の実施形態において、複数の超音波センサが既知の幾何学的向き、例えば第２の受信器またはセンサのセットと直交またはほぼ直交する向きで、配置されている。例えば、ほぼ直交とは、互いのなす角度が８５乃至９５度の間である。別の実施例において、ほぼ直交とは、互いのなす角度が８０乃至１００度の間である。伝搬時間における変動を修正するために、既知の関係が用いられる。
【００６７】
［装置］
理解されるように、本発明は、超音波送信器および赤外線送信器を含むスタイラスと、フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置される複数の受信器と、例えば、信号処理ユニットの形式の、受信器に接続された１またはそれ以上のプロセッサとを含む装置について、述べている。この装置は、フラットパネルディスプレイの表面近傍に配置されて、操作中に動作領域の表面が、スタイラスの位置が測定されることに関してインタラクティブとなるように、動作領域を規定する。スタイラスは１またはそれ以上のボタンを含むようにしてもよい。受信器は、１またはそれ以上のボタンが押下されることを検出するとともに、ボタン押下時のスタイラスの位置を検出することができる。
【００６８】
１またはそれ以上のプロセッサは、無線または有線を介してホスト処理システムに接続することができる。ホスト処理システムは、スタイラスの一連の状態および位置情報を受信する働きをする。その情報は、スタイラスがボタンを含む場合に、ボタンの何れかが押下されたか否かという情報を含む。ホスト処理システムは、ソフトウェアを格納する第６のメモリを含み、そのソフトウェアは、実行時に、フリーランＩＲ法およびそれに続くＩＲ信号を生成する位相ロックループ法の再開から生成される座標間の任意の不一致を修正するためのアルゴリズムを含むように機能する。
【００６９】
動作領域は、ＬＣＤディスプレイ、プラズマディスプレイ、および／またはリアプロジェクションディスプレイまたはそれらディスプレイの組合せの中の１またはそれ以上とすることができる。
【００７０】
少なくとも幾つかの受信器は、電磁波に基づくセンサ、例えばそれに限定される訳ではないが、赤外線（ＩＲ）センサを含む。同様に、複数の力学的波に基づくセンサが、その中に含まれる。力学的波に基づくセンサには、それに限定される訳ではないが、超音波センサが含まれる。
【００７１】
一実施形態において、超音波伝搬時間に影響を与える環境パラメータ、例えばそれに限定される訳ではないが、温度、気圧等を検出するために、少なくとも１の環境センサが設けられる。力学的波センサは、センサと送信器の両方として機能する超音波トランスデューサであり、そのため、送信する１またはそれ以上の超音波トランスヂューサと、受信する１またはそれ以上のトランスヂューサとを用いる較正法を使用することができる。
【００７２】
スタイラスは、磁束を蓄積する、互いに密結合された主インダクタおよび補助インダクタを備える。主インダクタに対する補助インダクタの巻線比は、１よりも大きい。主インダクタは、予め設定された時間、オン状態とされた後、オフ状態に変換される。主インダクタに蓄積された磁束は放出されるとともに、補助インダクタ内に結合された磁束も、主インダクタがオフ状態とされた時点で放出され、それにより、増加した超音波出力が生成されて、スタイラスに含まれるピエゾ膜が駆動され、その結果、密結合のため減少した補助インダクタにおけるリンギングとともに、超音波パルスが生成される。力学的波センサは超音波センサである。各力学的波受信器は、表面に沿う各配置上に１または複数のセンサを含む。複数のセンサが存在する場合、その複数のセンサは、並列に接続されるとともに、ｚ方向のオフセットを有する動作領域上の同じｘおよびｙ座標にて配置される。
【００７３】
［複数セットの受信器］
１の電磁波センサとともに一対の力学的波センサのみを使用することとは対照的に、動作面の領域に延びるように、複数セットの受信器が配列されている。複数の受信器が同じ数またはそれより少ない数のプロセッサ、例えば単一の処理ユニットと接続されている。第１メモリは、信号処理ユニット内に設けられ、その信号処理ユニットは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、第１の方法を実施して、複数の受信器をアクティブに管理するとともに、対象信号を１またはそれ以上の関連処理ユニットに選択的に結合するソフトウェアを含んでいる。ある場合には、受信器は、その他の受信器に対してほぼ直交する向きで配置される。例えば、ほぼ直交とは、互いになす角度が８５と９５度との間となる。さらに別の例では、ほぼ直交とは、互いになす角度が８０と１００度との間となる。さらに、第２メモリが設けられ、当該第２メモリは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、第２の方法を実施して、超音波の飛行時間変動に対してより少ない感度を有する座標に関連してより大きい重みを付けるとともに、超音波の飛行時間変動に対してより大きい感度を有する座標に関連してより小さい重みを付けて、複数の受信器からの座標に基づき、スタイラスの位置を計算するソフトウェアを含んでいる。受信器は、環境ＩＲセンサの複数のチャネルを含む。環境ＩＲセンサの最も感度の高い方向は、動作領域から離して配置される。さらに、第３メモリが設けられ、当該第３メモリは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、利得を調整する方法を実施するソフトウェアを含んでいる。増幅器は、環境ＩＲセンサから検出した情報を増幅する。装置は、さらに、主たるＩＲセンサからの環境ＩＲノイズをアクティブに取り除く。さらに、第４メモリが設けられ、当該第４メモリは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、赤外線位相ロックループ法およびフリーランＩＲ状態におけるランニング法を実施するソフトウェアを含んでいる。その方法の出力は、赤外線位相ロックループ法またはフリーランＩＲ状態法の何れかの結果となる。２状態間の切り換えのためのスイッチは、１またはそれ以上の予め設定された条件に基づいてアクティブに管理される。装置は、さらに、位相ロックループ状態がアクティブであるときに受信信号についてのタイミングデータを格納する第５メモリを備える。フリーランＩＲ法は、第５メモリに格納された、最も最近のデータに関連してより大きい重みを付けて、位相ロックループ法により生成されたデータに基づき、ＩＲデータを再形成する。フリーランＩＲ法は、位相ロックループ法が動作を止めたときに、同じＩＲデータを生成するように働く。フリーランＩＲ法は、位相ロックループ法が再開したとき、直ちに、位相ロックループ法の出力を追跡するように働く。
【００７４】
装置は、さらに、超音波伝搬時間に影響を与える環境パラメータを検出するための少なくとも１の環境センサを含み、当該装置では、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、１またはそれ以上の環境センサから結合されたパラメータに基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実施するソフトウェアを含むメモリが設けられている。
【００７５】
さらに、第７メモリが設けられ、当該第７メモリは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、複数の受信器から生成された冗長座標に基づいて超音波の現在速度を計算する方法を実施するソフトウェアを含んでいる。
【００７６】
受信器は、固定された、または調節可能なＺ方向のオフセットを有している。ｚ方向は、ｘ−ｙ座標を有するフラットパネルディスプレイの表面に対して直交する。オフセットは、第１較正法を使用するために補正される。
【００７７】
スタイラスは、固定された、または調節可能なＺ方向のオフセットを有している。ｚ方向は、ｘ−ｙ座標を有する表面に対して直交する方向である。オフセットは、第２較正法を使用するために補正される。
【００７８】
スタイラスは、先端部を有するとともに、当該先端部に配置された温度センサを有する。スタイラスは、先端部の周囲の温度に関する情報を、スタイラスにより送信される１または複数の信号に符号化された状態で、受信器に送信する。
【００７９】
主動作領域に隣接する１またはそれ以上の補助動作領域が提供または生成される。補助動作領域の例には、フラットパネルディスプレイがその上に配置されたテーブルを含み、スタイラスが補助動作領域に移動するときに、スタイラスの位置と見込まれる状態を捕捉するために、複数の受信器が補助動作領域に配置される。
【００８０】
［全般］
一実施形態において、コンピュータ読み取り可能な、コンピュータ読み取り可能媒体は、位置測定システムの１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに、１またはそれ以上のプロセッサに、位置測定システムにおける方法を実行させる命令のセットを保有する。
【００８１】
本発明の実施形態は、ＬＣＤまたはプラズマディスプレイのコンテクストで記載したが、本発明はそれに限定されるものではなく、様々なその他の応用およびシステムで利用できることに留意されたい。
【００８２】
ＩＲパルスおよび１またはそれ以上のＩＲ受信器を設けるようにしたが、代替的な実施形態においては、その他の電磁波送信器および受信器を設けることが可能である。
【００８３】
一実施形態では、超音波パルスおよび複数の超音波センサを使用するようにしたが、代替的な実施形態においては、その他の形態の力学的波およびその力学的波のセンサを使用するようにしてもよい。
【００８４】
さらに、一システムにおいては、スタイラス２０２が力学的波パルス、例えば超音波パルスと、電磁波パルス、例えば赤外線パルスとを送信する構成として、フラットパネルディスプレイの表面２００の近傍位置に受信器を配置するようにしたが、代替的な実施形態では、スタイラス２０２に受信器が配置されて、様々な位置、例えば表面からある距離の位置に送信器が配置される。
【００８５】
特に記載しない限りは、以下の検討から明らかなように、明細書全体を通して“処理する”、“演算する”、“計算する”または“測定する”などのような用語を使用する検討は、電子等の物理量として表されるデータを物理量として同様に表されるその他のデータに操作および／または変換する、コンピュータまたはコンピュータシステム、あるいは同様の電子計算デバイスの動作および／またはプロセスについて言及していることに留意されたい。
【００８６】
同様に、用語“プロセッサ”とは、例えばレジスタおよび／またはメモリからの電子データを処理して、その電子データを、例えばレジスタおよび／またはメモリに格納されることとなるその他の電子データに変換する任意のデバイスまたはデバイスの一部のことをいう。“コンピュータ”、“計算機”または“計算プラットフォーム”は、１またはそれ以上のプロセッサを含むようにしてもよい。
【００８７】
複数の構成要素、例えば複数のステップを含む方法について述べる場合、特に述べない限りは、それら要素、例えばステップの順序は不同であることに留意されたい。
【００８８】
本明細書に記載の方法論の幾つかは、一実施形態において、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに本明細書に記載の少なくとも１の方法を実行する命令のセットを格納する１またはそれ以上のコンピュータ読み取り可能な媒体上で符号化された、コンピュータ読み取り可能（機械読み取り可能とも呼ばれる）なロジックを受け入れる１またはそれ以上のプロセッサにより実行可能である。取られる動作を指定する命令のセット（シーケンシャルまたはそれ以外の）を実行することができる任意のプロセッサが含まれる。このため、その一例は、１またはそれ以上のプロセッサを含む一般的な処理システムである。各プロセッサは、１またはそれ以上のＣＰＵ、グラフィックスプロセッシングユニットおよびプログラム可能なＤＳＰユニットを含む。処理システムは、さらに、メインＲＡＭおよび／またはスタティックＲＡＭおよび／またはＲＯＭを含むメモリサブシステムを含むものであってもよい。構成要素間で遣り取りを行うために、バスサブシステムを含むようにしてもよい。処理システムは、さらに、ネットワークにより接続されたプロセッサを有する分散処理システムであってもよい。処理システムがディスプレイを必要とする場合、そのようなディスプレイには、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）またはブラウン管（ＣＲＴ）ディスプレイが含まれるものであってもよい。マニュアルデータ入力が必要な場合、処理システムは、キーボードなどの１またはそれ以上の英数字入力ユニットような入力デバイスや、マウス等のポインティング制御デバイスなども含むものであってもよい。本明細書で使用されるメモリユニットという用語は、記載から明確な場合、さもなければ明確に記載されていない限りは、ディスクドライブユニットのようなストレージシステムも包含する。ある構成における処理システムは、サウンド出力デバイスおよびネットワークインターフェースデバイスを含むようにしてもよい。メモリサブシステムは、１またはそれ以上のプロセッサにより実行されるときに本明細書に記載の１またはそれ以上の方法を実行させる命令のセットを含むロジック（例えば、ソフトウェア）を保有するコンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体を含むようにしてもよい。ソフトウェアは、ハードディスク内に存在するものであっても、あるいはＲＡＭ内および／またはコンピュータシステムにより実行されている間はプロセッサ内に、全体的にまたは少なくとも部分的に存在するものであってもよい。そのため、メモリおよびプロセッサは、例えば命令の形態でロジックが符号化されるコンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体も構成する。
【００８９】
さらに、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体は、コンピュータプログラム製品を形成するものであっても、コンピュータプログラム製品に含まれるものであってもよい。
【００９０】
代替的な実施形態において、１またはそれ以上のプロセッサは、スタンドアロンデバイスとして作動するようにしても、ネットワーク化された配置構成において例えば他のプロセッサにネットワークで結ばれるものであってもよく、また、１またはそれ以上のプロセッサは、クライアント・サーバネットワーク環境におけるサーバまたはクライアントマシンとして作動するものであっても、ピアトゥピアまたは分散ネットワーク環境におけるピアマシンとして作動するものであってもよい。１またはそれ以上のプロセッサは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、タブレット型ＰＣ、セットトップボックス（ＳＴＢ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、移動体電話、ウェブ機器、ネットワークルータ、スイッチまたはブリッジ、またはマシンによって取られる動作を指定する命令のセット（シーケンシャルまたはそれ以外の）を実行することができる任意のマシンを構成するものであってもよい。
【００９１】
幾つかの図では単一のプロセッサと、命令を含むロジックを保有する単一のメモリのみを示しているが、当業者であれば理解されるように、上述した構成要素の多くが含まれるものであり、それは、独創的な側面を分かり難くしないようにするために、明確には表示または記載されていないことに留意されたい。例えば、単一のマシンのみが示されているが、“マシン”という用語は、本明細書で検討した１またはそれ以上の任意の方法論を実行するために命令のセット（または複数のセット）を個別または一緒に実行する任意のマシンの一群を含むとみなしてもよい。
【００９２】
このため、本明細書に記載の方法の各々の一実施形態は、１またはそれ以上のプロセッサ、例えば、位置測定システムの一部を構成する１またはそれ以上のプロセッサ上で実行するための命令のセット、例えばコンピュータプログラムを保有するコンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体の形式であってもよい。このため、当業者によって理解されるように、本発明の実施形態は、方法、専用装置のような装置、データ処理システムのような装置、またはコンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体、例えばコンピュータプログラム製品として、具体化することができる。コンピュータで読み取り可能なコンピュータ読取可能媒体は、１またはそれ以上のプロセッサで実行されるときに１または複数のプロセッサに方法を実行させる命令のセットを含むロジックを格納する。そのため、本発明の態様は、方法、全体にハードウェアの実施形態、全体にソフトウェアの実施形態、またはソフトウェアとハードウェアの態様を組み合わせた実施形態の形式をとる。さらに、本発明は、コンピュータで読み取り可能なプログラムコード、例えば、媒体に格納されたソフトウェアを保有するコンピュータ読取可能媒体（例えば、コンピュータ読取可能ストレージ媒体上のコンピュータプログラム製品）の形式を採るようにしてもよい。
【００９３】
さらに、ソフトウェアは、ネットワークインターフェースデバイスを介してネットワーク上で送信または受信するようにしてもよい。コンピュータ読取可能媒体は、単一媒体として実施例で示すようにしたが、“コンピュータ読取可能媒体”という用語は、１またはそれ以上の命令のセットを格納する単一媒体または複数媒体（例えば、集中または分散データベースおよび／または関連するキャッシュおよびサーバ）を含むとみなすようにしてもよい。“コンピュータ読取可能媒体”という用語は、１またはそれ以上のプロセッサにより実行される命令のセットを記憶、符号化または保持することができ、本発明の方法論のいずれか１またはそれ以上を１またはそれ以上のプロセッサに実行させる任意の媒体を含むとみなすようにしてもよい。コンピュータ読取可能媒体は、多くの形式を採ることができ、その形式には、それに限定されるものではないが、非揮発性媒体および揮発性媒体が含まれる。非揮発性媒体には、例えば、光学的、磁気ディスクおよび磁気光学ディスクが含まれる。揮発性媒体には、メインメモリのようなダイナミックメモリが含まれる。例えば、“コンピュータ読取可能媒体”という用語は、それに限定される訳ではないが、一組の実施形態において、有形のコンピュータ読取可能媒体、例えばソリッドステートメモリ、またはコンピュータで読み取り可能な光学または磁気媒体内で符号化されたコンピュータソフトウェア製品を含むとみなすようにしてもよい。
【００９４】
検討した方法のステップは、一実施形態において、ストレージに記憶される命令を実行する処理（すなわち、コンピュータ）システムの適当な１または複数のプロセッサにより実施されることを理解されたい。また、本発明の実施形態は、任意の特定の実行またはプログラミング技術に限定されるものではなく、本発明は、本明細書に記載の機能を果たす任意の適当な技術を利用して実行できることも理解されたい。さらに、実施形態は、任意の特定のプログラミング言語またはオペレーティングシステムに限定されるものでもない。
【００９５】
本明細書を通じて“一実施形態”または“ある実施形態”とは、実施形態と関連して述べた特定の機能、構造または特徴が本明細書の少なくとも一実施形態に含まれることを意味している。そのため、本明細書の様々な場所に現れる“一実施形態において”または“ある実施形態において”は、必ずしもすべてが同じ実施形態を言及している訳ではないが、そうであってもよい。さらに、特定の機能、構造または特徴は、当業者であれば本開示から明らかであるように、１またはそれ以上の実施形態において、任意の適当な方法で組み合わせるようにしてもよい。
【００９６】
同様に、本発明の実施例の記載においては、開示の合理化と、１またはそれ以上の様々な発明の態様の理解の助けとなるように、本発明の様々な機能が時として単一の実施形態、図面またはそれらの説明にグループ化されていることに留意されたい。しかしながら、開示の方法は、請求された発明が各請求項で明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図があることを反映しているとして解釈すべきではない。むしろ、添付の請求の範囲が反映しているように、独創的な側面は、開示された単一の上記実施形態のすべての特徴よりも少ないところにある。そのため、請求の範囲は、発明を実施するための形態内に明らかに組み込まれており、各請求項は、本発明の個別の実施形態として自立したものとなっている。
【００９７】
さらに、本明細書に記載されている幾つかの実施形態は、その他の実施形態に含まれる幾らかの特徴を含むが、その他の特徴を含まないものであり、異なる実施形態の特徴の組合せは、本発明の範囲内にあるものであり、当業者であれば理解されるように、異なる実施形態を形成する。例えば、請求の範囲において、任意の請求された実施形態は任意の組合せで用いることができる。
【００９８】
さらに、幾つかの実施形態は、コンピュータシステムのプロセッサにより、またはその機能を実行するその他の手段により実行できる、方法またはその要素の組合せとして本明細書に記載されている。そのため、そのような方法または方法の要素を実行するための必要な命令を有するプロセッサが、上記方法または方法の要素を実行する手段を構成する。さらに、本明細書に記載された装置の実施形態の構成要素は、本発明を実行するために構成要素によって実行される機能を実行する手段の一例である。
【００９９】
本明細書で与えられる説明において、多数の細部構造が示されている。しかしながら、本発明の実施形態はそれら細部構造無しに実施するようにしてもよい。その他の例においては、本説明の理解を損なうことのないように、周知の方法、構造および技術については詳細には示していない。
【０１００】
本明細書で使用されているように、明示されない限りは、共通のオブジェクトを説明する、順序を示す形容詞“第１の”、“第２の”、“第３の”などの使用は、単に、類似のオブジェクトの異なる例が言及されていることを示すものであって、時間的、空間的、序列またはその他の任意の方法の何れかにより、記載されたオブジェクトを与えられた順序にしなければならないということを示唆するものではない。
【０１０１】
本明細書で引用したすべての刊行物、特許、特許出願は、参照により本明細書に援用されるものとする。
【０１０２】
本明細書における従来技術の任意の検討は、決して、そのような従来技術が広く知られている、公知である、またはその分野における一般知識の一部を構成すると認めたものとみなされるべきではない。
【０１０３】
請求の範囲および本明細書における説明において、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”、“ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ  ｏｆ”または“ｗｈｉｃｈ  ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ”（備える、有する、含む）という用語の何れか１つは、その後に続く少なくとも構成要素／機能を含むがその他を排除しないという意味のオープンタームである。そのため、“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”という用語が請求の範囲で使用される場合、その後に列挙される、手段、構成要素またはステップに限定されるものとして解釈すべきではない。例えば、“ａ  ｄｅｖｉｃｅ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  Ａ  ａｎｄ  Ｂ”という表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみからなるデバイスであると限定すべきではない。本明細書に記載されているように、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”または“ｗｈｉｃｈ  ｉｎｃｌｕｄｅｓ”または“ｔｈａｔ  ｉｎｃｌｕｄｅｓ”という用語の何れか１つも、その用語に続く少なくとも構成要素／機能を含むがその他を排除しないという意味のオープンタームである。そのため、“ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ”は“ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ”と同義語である。
【０１０４】
同様に、“ｃｏｕｐｌｅｄ”（接続または結合される）は、請求の範囲において使用されたときに、直接的な接続または結合のみに限定して解釈すべきではないことに留意されたい。用語“ｃｏｕｐｌｅｄ”および“ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ”（接続または連結される）は、それらの派生語とともに使用することもできる。当然のことながら、それら用語はお互いの同義語として意図されたものではない。すなわち、「デバイスＢに接続されたデバイスＡ」という表現の範囲は、デバイスＡの出力がデバイスＢの入力に直接接続されているデバイスまたはシステムに限定すべきではない。それは、Ａの出力とＢの入力の間のパスが存在し、そのパスを、その他のデバイスまたは手段を含むパスとしてもよいことを意味している。“ｃｏｕｐｌｅｄ”は、２またはそれ以上の要素が、直接的に、物理的または電気的接触状態にあるか、あるいは２またはそれ以上の要素が、互いに直接的な接触状態にはないが、互いに情報の遣り取りをするか、協働状態にあることを意味している。
【０１０５】
このように、本発明の好ましい実施形態であると考えられることを述べてきたが、当業者であれば、それらに対して、本発明の精神から逸脱せずに、その他のおよび更なる変更を加えることができること、並びに、それらすべての変更および変形が本発明の範囲内に入ることを目的していることを認識するであろう。例えば、上述した任意の数式は、使用される可能性のある処理の単なる例示である。機能をブロック図に追加または削除することができるとともに、操作を機能ブロック内で入れ替えることができる。本発明の範囲内で、ステップを上記方法に追加または削除することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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