(57)【要約】物体の位置を決定する、単一のセンサによる位置検出の強化に関する。いくつかの実施形態において、第１の信号が第１のエミッタから放射され、第２の信号が第２のエミッタから放射される。平面はセンサを用いて観測され、第１の信号および第２の信号のそれぞれが物体によって反射されたあと、第１および第２の信号はセンサによって受信される。応答信号が、第１および第２の信号に基づいて生成され、応答信号は平面における物体の位置を決定するために処理される。【選択図】図４Ｂ
2010519552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の位置を決定するシステムであって、
第１の信号を選択的に放射する第１の信号エミッタと、
第２の信号を選択的に放射する第２の信号エミッタと、
平面を観測するセンサであって、前記第１の信号および前記第２の信号のそれぞれが前記物体において反射されたあとの前記第１の信号および前記第２の信号を受信し、前記第１および前記第２の信号に基づいて応答信号を生成するセンサと、
前記応答信号を加工して、前記応答信号に基づいて前記平面における前記物体の前記位置を決定するように構成されたプロセッサと、を備えたシステム。
【請求項２】
前記プロセッサは、前記応答信号に基づいて第１および第２の幾何学的形状を決定し、前記幾何学的形状の交点に基づいて前記物体の前記位置を決定するように更に構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記プロセッサは、前記第１の信号の第１の到達時間、および前記第２の信号の第２の到達時間を決定し、前記第１および第２の到達時間に基づいて前記物体の前記位置を決定するように更に構成された、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１および第２の信号を収束する導管を更に備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の信号は、第１の周波数を含み、前記第２の信号は、第２の周波数を含み、そして前記センサは、前記第１および第２の信号がサンプリングされるサンプリング・レートを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記サンプリング・レートは、前記第１および第２の周波数の両方より大きいサンプリング周波数を含む、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１および第２のエミッタおよび前記センサは、共通軸に沿って整列配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
物体の位置を決定する方法であって、
第１のエミッタから第１の信号を放射するステップと、
第２のエミッタから第２の信号を放射するステップと、
センサを用いて平面を観測するステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号のそれぞれが前記物体において反射されたあとの前記第１の信号および前記第２の信号を受信するステップと、
前記第１および第２の信号に基づいて応答信号を生成するステップと、
前記平面における前記物体の前記位置を決定するために前記応答信号を加工するステップと、を含む方法。
【請求項９】
前記応答信号に基づいて第１および第２の幾何学的形状を決定するステップと、
前記幾何学的形状の交点に基づいて前記物体の前記位置を決定するステップと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の信号の第１の到達時間および前記第２の信号の第２の到達時間を決定するステップと、
前記第１および第２の到達時間に基づいて前記物体の前記位置を決定するステップと、を更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の信号を収束する導管を提供するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の信号は、第１の周波数を含み、前記第２の信号は、第２の周波数を含み、そして前記センサは、前記第１および第２の信号がサンプリングされるサンプリング・レートを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記サンプリング・レートは、前記第１および第２の周波数のいずれより大きいサンプリング周波数を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１および第２のエミッタおよび前記センサを共通軸に沿って整列配置するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
物体の運動を追尾する方法であって、
第１のエミッタから第１の信号を放射するステップと、
第２のエミッタから第２の信号を放射するステップと、
第１のセンサを用いて第１の平面を観測するステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号のそれぞれが前記物体において反射されたあとの前記第１の信号および前記第２の信号を前記第１のセンサによって受信するステップと、
前記第１および第２の信号に基づいて第１の応答信号を生成するステップと、
第１の時刻における前記物体の第１の位置を決定するために前記第１の応答信号を処理するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
前記物体の第２の位置を決定するために前記第１の応答信号を処理するステップと、
前記第１の位置および前記第２の位置に基づいて前記物体の運動を決定するステップと、を更に含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
第２の時刻における前記物体の第２の位置を決定するために前記第１の応答信号を処理するステップと、
前記第１および第２の位置および前記第１および第２の時刻に基づいて前記物体の速度を決定するステップと、を更に含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
第２のセンサを用いて第２の平面を観測するステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号のそれぞれが前記第２の平面における前記物体によって反射されたあとの前記第１の信号および前記第２の信号を前記第２のセンサによって受信するステップと、
前記第１および第２の信号に基づいて第２の応答信号を生成するステップと、
第２の時刻における前記物体の第２の位置を決定するために前記第２の応答信号を処理するステップと、を更に含む請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第１および第２の位置に基づいて前記第１および第２の平面の間の前記物体の運動を決定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】
前記第１および第２の位置、および前記第１および第２の時刻に基づいて前記第１および第２の平面の間の前記物体の速度を決定するステップを更に含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
平面において放射された後、物体によって反射された異なる周波数の信号の、単一のセンサによる受信に基づき、自動的に決定された前記物体の前記平面における座標を出力するステップを含む、コンピュータによって実行される方法。
【請求項２２】
情報キャリヤ内に明らかに統合化された、コンピュータ・プログラム製品と共にコード化されたコンピュータ可読媒体であって、前記コンピュータ・プログラム製品は、
第１の信号を放射するため第１のエミッタを誘導するステップと、
第２の信号を放射するために第２のエミッタを誘導するステップと、
センサに平面を観測するように指示するステップと、
前記第１の信号および前記第２の信号のそれぞれが前記物体によって反射されたあとの前記第１および第２の信号に基づいた応答信号を前記センサから受信するステップと、
前記平面における前記物体の前記位置を決定するため前記応答信号を処理するステップと、を含む作動を実行するためのデータ処理装置を誘導する、コンピュータ可読媒体。
【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、２００７年２月２３日に出願された米国特許仮出願第６０／８９１４０４号の優先権を主張し、その内容は全ての目的のために参照により本願明細書に援用される。
【０００２】
（技術分野）
本開示は、位置の検出に関し、少なくとも一つの具体的な実施形態は、少なくとも単一のセンサを使用して、多次元空間において物体の位置を特定する、及び／または物体を追尾することに関する。
【背景技術】
【０００３】
コンピューター・ビジョンの分野では、２次元、または３次元の空間において、物体の位置を求め、その物体を追尾することに関し、多くの技術が存在する。２次元、または３次元の空間における物体の位置を算定することは、典型的には一対のセンサを必要とする。典型的なセンサは、立体視として知られる構成のカメラを含んでよい。立体視は、２次元、または３次元の空間において物体の位置を検出する従来技術の一例であるが、十分な高解像度のカメラは高価である。更に、位置検出の精度は、多数の歪のため、しばしば算定困難である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、物体の位置を決定する方法およびシステムの各種の実施態様に関するものである。いくつかの実施形態において、第１の信号は第１のエミッタから放射され、第２の信号は第２のエミッタから放射される。平面は一つのセンサを使用して観測され、第１の信号および第２の信号は、第１の信号および第２の信号のそれぞれが物体において反射されたあと、センサによって受信される。応答信号が、第１および第２の信号に基づいて生成され、応答信号は、物体の平面における位置を決定するために処理される。
【０００５】
１つの特徴において、第１および第２の幾何学的形状を応答信号に基づいて決定でき、物体の位置をその幾何学的形状の交点に基づいて決定できる。他の特徴において、第１の信号の第１の到達時間および第２の信号の第２の到達時間を決定し、物体の位置を第１および第２の到達時間に基づいて決定する。他の特徴において、第１および第２の信号を収束させる導管を備える。一つの実施形態では、導管は、センサおよび平面の間に配置されてよい。他の実施形態において、導管は、第１および第２のエミッタの少なくとも一つと平面の間に配置されてよい。
【０００６】
他の特徴において、第１の信号は第１の周波数を含んでよく、第２の信号は第２の周波数を含んでよく、センサは、第１および第２の信号を採取するサンプリング・レートを含んでよい。サンプリング・レートは、第１および第２の周波数の両方より大きいサンプリング周波数を含んでよい。一つの実施形態では、サンプリング周波数は、第１または第２の周波数の両方より少なくとも１０倍以上であってよい。さらに別の特徴において、センサは、第１および第２のエミッタの間に配置されてよい。更に別の特徴において、第１および第２のエミッタおよびセンサは、共通軸に沿って整列配置されてよい。
【０００７】
本開示は、物体の運動を追尾する方法およびシステムの各種の実施態様を更に記載するものである。いくつかの実施形態において、第１の信号は第１のエミッタから放射され、第２の信号は第２のエミッタから放射される。第１の平面は、第１のセンサを使用して観測され、第１の信号および第２の信号は、第１の信号および第２の信号のそれぞれが第１の平面における物体において反射されたあと、第１のセンサによって受信される。第１の応答信号が、第１および第２の信号に基づいて生成され、第１の応答信号は、物体の第１の時刻における第１の位置を決定するために処理される。
【０００８】
他の特徴において、第１の応答信号は、物体の第２の位置を決定するために処理されてもよく、物体の運動は、第１の位置および第２の位置に基づいて決定されてよい。他の特徴において、第１の応答信号は、第２の時刻における物体の第２の位置を決定するために処理されてよく、物体の速度は、第１および第２の位置および第１および第２の時刻に基づいて決定されてよい。
【０００９】
さらに他の特徴において、第２の平面は、第２のセンサを使用して観測され、第１の信号および第２の信号は、第１の信号および第２の信号のそれぞれが第２の平面における物体において反射されたあと、第２のセンサによって受信される。第２の応答信号は、第１および第２の信号に基づいて生成され、第２の応答信号は、第２の時刻における物体の第２の位置を決定するために処理される。一つの実施形態において、第１および第２の平面の間の物体の運動は、第１と第２の位置に基づいて決定される。他の実施形態において、第１および第２の平面の間の物体の速度は、第１および第２の位置および第１および第２の時刻に基づいて決定される。
【００１０】
更に別の実施形態において、コンピュータに実行されるプロセスは、平面において放射された後、物体によって反射された異なる周波数の信号の、単一のセンサによる受信に基づき、自動的に決定された物体の平面における座標を出力するプロセスを含む。
【００１１】
更に別の実施形態において、コンピュータ可読媒体は、情報キャリヤ内に明らかに統合化されたコンピュータ・プログラム製品と共にコード化されていてよい。コンピュータ・プログラム製品は、本開示に基づいた作動を実行するためのデータ処理装置を誘導できる。いくつかの実施形態において、データ処理装置は、第１の信号を放射するために第１のエミッタを誘導でき、第２の信号を放射するために第２のエミッタを誘導できる。データ処理装置は、センサに平面を観測するように指示でき、第１の信号および第２の信号のそれぞれが物体において反射されたあとの第１の信号および第２の信号に基づいた応答信号をセンサから受信できる。データ処理装置は、平面における物体の位置を決定するために、応答信号を加工できる。
【００１２】
１つ以上の実施形態の詳細は、添付図面および下記の記載によって説明される。
他の特徴および効果は、記載および図面から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一般的な実施形態に基づく、２つのエミッタ、センサおよびプロセッサを含む位置検出システムを示す。
【図２】位置検出システムの典型的な構成を示す。
【図３】典型的な放射パターンおよびサンプリング・レートを示す。
【図４】Ａは、２つのエミッタの放射を単一のセンサに反射する２次元平面上の物体を示す。Ｂは、ディスプレイ上のカーソルの運動を制御するために観測される２次元平面上の物体の運動を示す。
【図５】放射された信号の受信に関する信号図表である。
【図６】物体の位置の幾何学的算定である。
【図７】典型的な物体追尾装置の側面図を表す。
【図８】本開示に基づき実行可能な典型的なプロセスを示すフローチャートである。
【図９】コンピュータ可読媒体を実行できる典型的なコンピュータシステムの機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１つの一般的な実施形態によれば、電磁放射線、光または超音波の複数の放射源を用いて物体の位置を正確に検出する、単一のセンサの位置検出システムが提供される。例えば、システムは、平面において放射された後、物体によって反射された異なる周波数の信号の、単一のセンサによる受信に基づき、自動的に決定された物体の平面における座標を出力するために用いてもよい。
【００１５】
図１に示す通り、位置検出システム１０は、２つのエミッタ１２ａ、１２ｂおよび単一のセンサ１４を含む。エミッタ１２ａ、１２ｂは、センサ１４の両側に配置され、共通軸Ａに沿って整列配置されてもよい。エミッタ１２ａは、センサ１４から距離Ｘａだけ離れ、エミッタ１２ｂは、センサ１４から距離Ｘｂだけ離れている。色々な配置において、ＸａおよびＸｂは、両者が等しくても不等でもよく、また、センサ１４の同じ側でも反対側に配置されてもよい。
【００１６】
位置検出システム１０は、エミッタ１２ａ、１２ｂ、及びセンサ１４と接続されたモジュール１６を更に含む。モジュール１６は、エミッタ１２ａ、１２ｂの作動を制御し、センサ１４から応答信号を受信する。ここで詳細に説明したように、モジュール１６は、多次元空間における物体の位置を決定するために、応答信号を処理できる。典型的な多次元空間は、その面上の物体の位置を算出しようとする２次元平面、または表面１８を含む。使用可能な出力信号は、モジュール１６によって生成され、それは、制御モジュール１７に対して出力される。制御モジュール１７は、コンピュータであってよく、出力信号に基づいて他の構成要素、例えばディスプレイの作動を制御できる。この制御の非限定的な実施形態は、図４のＡおよびＢと共に、以下に詳細に説明する。
【００１７】
作動において、エミッタ１２ａ、１２ｂは、表面１８全体にわたり信号を放射する。信号は、電磁放射線、光（例えば線レーザー）および／または超音波を含むが、これに限定されない。一つの実施形態において、線レーザー式エミッタを、表面１８と平行したレーザー照射の薄い層を形成するために用いてもよい。他の実施形態において、エミッタ１２ａ、１２ｂは、円錐形状を含むが、これに限定されない、３次元立体形状の信号をそれぞれ放射してよい。信号は、平面１８に少なくとも部分的に配置された物体によって反射される。反射された信号は、センサ１４によって検出され、それに基づいた応答信号を生成する。
【００１８】
図２のＡおよびＢに示すように、放射された信号および／または反射された信号は、平面Ｑの範囲内で殆ど放射するように収束されてよい。図２のＡに特に関連し、導管２０は、表面１８とエミッタ１２ａおよび／または１２ｂの間に配置されてよい。導管２０は、放射された信号を実質的に平面Ｑに収束させるように配置されてよい。より具体的には、導管２０は、平面Ｑに実質的に一致または平行な、すなわち表面１８と実質的に平行な薄い層を除く、多くの方向の信号を遮断できる。図２のＢに特に関連し、導管２０は、表面１８とセンサ１４の間に配置されてよく、平面Ｑに実質的に一致または平行な、すなわち表面１８と実質的に平行な薄い層を除く、多くの方向の反射された放射を遮断できる。他の実施形態では、複数の導管を配置してもよい。例えば、導管は、表面１８とエミッタ１２ａおよび／または１２ｂの間と同様に、表面１８とセンサ１４の間に配置されてよい。
【００１９】
図３のＡおよびＢは、２つのエミッタの典型的な信号パターンを示す。Ａの典型的な信号パターンは、第１の周波数を有する間欠脈の矩形波パターンを含む。Ｂの典型的な信号パターンは、第２の周波数を有する間欠脈の矩形波パターンを含む。ＡおよびＢの典型的な信号パターンは矩形波パターンを含むが、他の波形パターン、波長および／または周波数を用いることができる。この実施形態において、センサ１４は、それぞれ特定の周波数、特定のパターンでエミッタ１２ａ、１２ｂの両方から放射された信号を同時に検出できる。例えば、エミッタ１２ａは、Ａに示すパターンの信号を放射でき、エミッタ１２ｂは、Ｂに示すパターンの他の信号を放射できる。他の実施形態では、放射された信号パターンは、同期しても、同期していなくてもよい。
【００２０】
Ｃは、センサ１４の典型的なサンプリング・レートを示す。１つの一般的な実施形態において、センサ１４のサンプリング・レートは、エミッタ１２ａまたはエミッタ１２ｂのいずれの間欠脈周波数より大きい周波数を有する。非限定的な実施形態として、エミッタ１２ａ、１２ｂの１つ、またはそれ以上は、３００ＧＨｚの周波数、またはより高い領域で信号を放射でき、センサ１４は、３０００ＧＨｚの周波数、またはより高い領域でサンプリングできる。従って、この非限定的な実施形態において、センサ１４は、エミッタ１２ａ、１２ｂの放射周波数のほぼ１０倍でよい周波数でサンプリングする。このように、センサ１４は、エミッタ１２ａ、１２ｂの波形パターンの変化をより正確に検出するために、充分な解像度を有する。実際に、センサが高周波数、例えばエミッタのそれより非常に高い周波数を有する場合、算定の精度は増加する。エミッタおよびセンサの適切な周波数は、選択される波形パターンのタイプに依存する。センサ１４は、以下詳述するように、受信した波動をサンプリングして応答信号を生成する。
【００２１】
図４Ａ及び図５は、位置検出システム１０の作動を示す。Ａは、図１の位置検出システム１０の平面図であって、エミッタの信号を反射する表面１８上の物体３０を示す。エミッタ１２ａ、１２ｂは、それぞれ信号３２、３４を放射し、それらは物体３０によって反射されて反射された信号３６を生成する。反射された信号３６は、反射された信号３２’および反射された信号３４’を含む合成信号を含む。図５は、それぞれの信号３２、３４、３６の波形パターンを示す。時間ｔ１は、エミッタ１２ａによって放射された信号３２とセンサ１４が信号３２’を受信した瞬間の間の時間を示す。従って、時間ｔ１は、信号３２がエミッタ１２ａから進行し、物体３０に到達して、センサ１４に進行する時間を含む。高い周波数でサンプリングすることにより、センサ１４は、この到達時間を測定できる。ここで、サンプリング・レートが増加すると、解像度が増加し、測定時間の精度が向上する。時間ｔ２は、エミッタ１２ｂによって放射された信号３４とセンサ１４が反射された信号３４’を受信した瞬間との間の時間を示す。従って、時間ｔ２は、信号３４がエミッタ１２ｂから進行し、物体３０に到達して、センサ１４に進行する時間を含む。その結果、信号３２、３４のそれぞれの起動の瞬間は、個々に決定される。
【００２２】
物体３０の位置は、時間ｔ１およびｔ２に基づいて決定される。より具体的には、時間ｔ１およびｔ２を与えられて、それぞれの信号が空間内において進行した距離は、信号のタイプに基づいて算出される。例えば、信号が光の場合、与えられた時間ｔに対応する距離は、以下の方程式（１）によって表される。ここで、ｖは光速度を示す。
【数１】
2010519552.tif 000003
【００２３】
一般に、信号が電磁放射線、光または超音波を含むかどうかにかかわらず、ｖは、速度、または特定の信号の伝播速度を示す。
【００２４】
図４Ａおよび４Ｂに示すように、位置検出システム１０は、表面１８上の物体３０の運動を追尾するために使用できる。平面図である図４Ａは、表面１８上の第１の位置における物体３０を示し、一方、平面図である図４Ｂは、表面１８上の第２の位置における物体３０を示す。エミッタ１２ａ、１２ｂは、信号３２、３４のそれぞれを放射し、それらは物体３０が図４Ａの第１の位置から図４Ｂの第２の位置へ移動する時に物体３０によって反射され、反射された信号３６を提供する。反射された信号３６は、表面１８上の物体３０の移動に沿った第１の位置、第２の位置、移動の経路、および／または速度を含むがそれらに限定されない、物体３０の運動の特性を決定するために処理される。この情報は、各種の応用で使用できる。１つの非限定的な実施形態として、運動情報は、モジュール１６から出力されてよく、ディスプレイ１５２を制御するディスプレイ制御モジュール１５０への入力であってよい。より具体的には、ディスプレイ制御モジュール１５０は、カーソル１５４（図４Ｂ参照）を表示するために、ディスプレイ１５２を制御できる。ディスプレイ１５２上のカーソル１５４の運動は、カーソル１５４の運動が物体３０の運動に対応するように、運動情報に基づいて制御されてよい。
【００２５】
図６Ａ乃至６Ｃに関連し、物体３０の位置は、幾何学的形状、このケースでは、楕円４０、４２を用いて、決定されてよい。信号３２がエミッタ１２ａからセンサ１４まで移動する距離ｄ１は、図６Ａの距離ｌ１、ｌ２の合計に等しい。信号３４がエミッタ１２ｂからセンサ１４まで移動する距離ｄ２は、図６Ａの距離ｌ２、ｌ３の合計に等しい。
【００２６】
楕円４０、４２は、点ＰおよびＰ’で交差する。しかしながら、これらの点の一つ、点Ｐは、物体３０の実際の位置を示す。楕円の解析方程式を形成することによって、物体３０の位置は、決定できる。ここで、代替案ではエミッタ１２ａ、１２ｂおよび／またはセンサ１４がお互いに直線上に配置されないが、エミッタ１２ａ、１２ｂおよびセンサ１４は、直線上に配置されると仮定してよい。この方法は、センサ１４の位置に対して物体３０の位置を求めるために使用できる。換言すれば、センサ１４は、デカルト平面の原点にあると考えてもよい。更に、エミッタ１２ａ、１２ｂおよびセンサ１４を通過している線Ａは、デカルト平面のｘ軸であると考えてよい。
【００２７】
図６Ｂに特に関連して、エミッタ１２ａおよびセンサ１４は、それぞれ、楕円４０の焦点Ｆ１、Ｆ２を定める。焦点Ｆ２、すなわち、センサ１４は、デカルト平面の原点にあり、従って、（ｘ、ｙ）座標（０、０）を含む。ｃ＞０の場合、焦点Ｆ１は、（ｘ、ｙ）座標（―２ｃ、０）にある。ｒ１およびｒ２の数値は、以下に示される方程式（２）乃至（４）に用いてもよい。
【００２８】
方程式（２）乃至（４）において、ｒ１およびｒ２は、点Ｐの焦点Ｆ１、Ｆ２に対するそれぞれの距離である。２ａ＝ｄ１の場合、２ａは、到達時間で測定される距離である。以下の方程式（５）乃至（７）は、方程式（２）乃至（４）に基づく。
【数２】
2010519552.tif 000004
【００２９】
方程式（２）乃至（４）において、ｒ１およびｒ２は、点Ｐの焦点Ｆ１、Ｆ２に対するそれぞれの距離である。２ａ＝ｄ１の場合、２ａは、到達時間で測定される距離である。以下の方程式（５）乃至（７）は、方程式（２）乃至（４）に基づく。
【数３】
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【００３０】
図６Ｃに特に関連して、センサ１４およびエミッタ１２ｂは、それぞれの焦点Ｆ２、Ｆ３を定める。従って、楕円４０および楕円４２は、共通の焦点を有する。また、焦点Ｆ２、すなわちセンサ１４は、デカルト平面の原点にあり、従って、（ｘ、ｙ）座標（０、０）を含む。ｄ＞０の場合、Ｆ３は、（ｘ、ｙ）座標（０、２ｄ）である。ｒ２およびｒ３の数値は、以下に示される方程式（８）乃至（１０）にさまざまに用いてよい。
【数４】
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【００３１】
方程式（８）乃至（１０）において、２ｂは、エミッタ１２ｂからセンサ１４までの到達時間で測定される距離である。以下の方程式（１１）は、方程式（８）乃至（１０）に基づく。
【数５】
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【００３２】
より具体的には、方程式（１１）は、方程式（７）に到達するときに方程式（２）乃至（４）に適用したものと同じ計算を方程式（８）乃至（１０）に適用することによって決定される。方程式（７）および（１１）は、２つの未知数が存在する２つの方程式を示す。以下の方程式（１２）は、方程式（７）および方程式（１１）を含む連立方程式を示す。
【数６】
2010519552.tif 000008
【００３３】
方程式（１２）として示される連立方程式を解くことは、楕円４０、４２の交点（すなわち、図６ＡのＰおよびＰ’）の値を決定することになる。ｘ軸はエミッタ１２ａ、１２ｂおよびセンサ１４を通る直線Ａとして定められ、交点はｘ軸に対して対称であるため、Ｐは、交点のｙ座標の符号を分析することによってＰ’から区別できる。
【００３４】
他の実施形態においては、位置検出システムは、第３のエミッタを含んでよい。この実施形態においては、３次元空間における物体の位置が決定される。一つの実施例において、第３のエミッタは、その他の２つのエミッタと直線上に配置されてなく、同じ方向を向いてもいない。３次元空間において、扁長回転楕円体（すなわち楕円面）は、図６Ａ乃至６Ｃに対して上記の２次元楕円の代わりに用いられる。各楕円面は、到達時間を用いて計測した２つの焦点までの距離が一定値である、全ての空間内の点を示す。３次元空間における物体の位置を求めるため、３つの楕円面の交点が、３次元空間の複数の楕円面の交点を算出するためのアルゴリズムを用いて決定される。
【００３５】
いくつかの実施形態において、位置検出システム１０は、平面上の物体の位置または座標を決定するために用いることができる。他の実施形態では、位置検出システム１０は、平面上の物体の運動を追尾するのみならず、平面における物体の位置を決定できる。例えば、位置検出システム１０は、物体の位置を間欠的に決定できる。位置検出システムが位置をサンプリングする、または決定する割合は、変動できる。サンプリングの割合が高いほど、運動の高解像度が提供される。平面上の物体の位置を間欠的にサンプリングすることによって、複数の位置値が生成される。位置値は、物体の運動の割合、すなわち物体の速度のみならず、物体の運動の経路を決定するために、お互いに比較される。
【００３６】
図７によれば、位置検出システム５０の他の実施態様は、それぞれ、第１および第２のセンサ５２、５４およびエミッタ５６、５８を含む。図７は、位置検出システム５０の側面図を示す。従って、位置検出システム５０は２つのエミッタ５６、５８を含むが、１つのエミッタのみが見える。それぞれの導管６０、６２は、センサ５２、５４の前に配置されてよい。このように、センサ５２、５４は、それぞれの観測平面ＲおよびＳから反射された信号を受信できる。より具体的には、上記で詳述したように、エミッタ５６、５８は、信号を放射できる。放射された信号は、それぞれの観測平面ＲおよびＳに位置する、またはそれぞれを通過する物体６４によって反射できる。
【００３７】
位置検出システム５０の作動の１つの実施例において、物体６４が観測平面Ｒを通過するときに、エミッタ５６、５８からの信号は物体６４によって反射され、反射された信号はセンサ５２によって受信される。センサ５４は、導管６２によって、反射された信号の受信を妨げられる。従って、観測平面Ｒの中の物体６４の位置が、決定できる。物体６４が進み、観測平面Ｓを通過するとき、エミッタ５６、５８からの信号は目的６４によって反射され、反射された信号はセンサ５４によって受信される。センサ５２は、導管６０によって、反射された信号の受信を妨げられる。従って、観測平面Ｓの中の物体６４の位置が、決定できる。
【００３８】
センサ５２、５４によって生成された応答信号は更に処理され、物体６４の運動を追尾できる。より具体的には、物体６４が進んでいる速度は、物体６４が観測平面Ｒ、Ｓにおいて検出された時刻を比較することによって決定される。例えば、観測平面Ｒ、Ｓの間の距離は、既知の一定値であってよい。観測平面Ｒ、Ｓの間の距離、および物体６４が観測平面Ｒ、Ｓのそれぞれにおいて検出された時刻が与えられると、物体６４の垂直速度は、図７に関して決定できる。更に、物体６４が進んでいる経路は、観測平面Ｒにおける物体６４の位置を、観測平面Ｓにおける物体６４の位置に対して比較することによって決定できる。図７の実施形態は１組のエミッタ、および２つの観測平面を提供する２つのセンサ（すなわち、１つの観測平面につき１つのセンサ）を含むが、他の実施形態は、追加の観測平面を含んでよく、更に追加の観測平面を形成するための追加のセンサ及び／またはエミッタを含んでよい。
【００３９】
更に図７を参照すると、観測平面Ｒは、例えば、タッチスクリーン上における指のような物体の空中停止を検出するために設けてよい。観測平面Ｓは、物体が実際に平面のどこに接触するかにつき決定するために設けてよい。例えば、タッチスクリーンのユーザがどの選択肢を選択するか決めるとき、ユーザはタッチスクリーン上に彼（彼女）の指を空中停止してよい。この空中停止運動は、観測平面Ｒを用いて観測できる。ユーザが選択をして、実際にスクリーンに接触するとき、実際の接触の位置は、観測平面Ｓを用いて決定できる。
【００４０】
図８は、本開示に基づき実行可能な典型的なプロセスを示す。より具体的には、典型的なプロセスは、２次元平面を含むがこれに限定されない多次元空間における物体の位置を決定するために実行される。ステップ８００において、第１の信号は、第１のエミッタから放射される。
ステップ８０２において、第２の信号は、第１の信号の放射の前、後、または同時のタイミングで、第２のエミッタから放射される。ステップ８０４において、平面は、センサを用いて観測される。ステップ８０６において、第１の信号および第２の信号は、物体によって第１の信号および第２の信号のそれぞれが反射されたあと、センサによって受信される。ステップ８０８において、応答信号は、第１および第２の信号に基づいて生成され、ステップ８１０において、応答信号は、平面における物体の位置を決定するために処理される。ステップ８００乃至８１０は、物体の位置を連続的に決定するために繰り返される。別の実施形態では、典型的なステップは、応答信号に基づいて第１および第２の幾何学的形状を決定するステップ、および幾何学的形状の交点に基づいて物体の位置を決定するステップを更に含んでよい。更に別の実施形態において、典型的なステップは、第１の信号の第１の到達時間および第２の信号の第２の到達時間を決定するステップ、および第１および第２の到達時間に基づいて物体の位置を決定するステップを更に含んでよい。
【００４１】
位置検出システムの実施態様を説明したが、ここでは、物体の位置を２つの信号源および単一のセンサを用いて決定できる。位置検出技術は、それぞれの放射源によって放射され、単一のセンサによって受信された信号の到達時間を算出することに基づく。２つの別々の幾何学的形状、本実施形態では楕円に関する方程式を形成し、これらの楕円の交点を求めることによって、２次元観測平面における物体の位置を算出できる。他の実施形態では、お互いに平行に設定された、移動物体の経路の追尾、および／または速度の算定のための複数の観測平面が提供される。更に別の実施形態において、この技術の３次元バージョンは、３次元空間における物体の位置を決定するように構成される。
【００４２】
ここで記載されている位置検出システムの実施態様は、手または指を含むがこれに限定されない物体の位置を決定する、および／または追尾する、双方向性システムを構成するために使用できる。概して、位置検出システムの実施態様は、種々の応用のための位置検出装置を構成するために使用できる。例えば、位置検出システムの実施態様は、例えば、ユーザがスクリーンに触れることにより選択肢を選ぶ、または、スクリーンへの書き込み、および／または描画を観測するためスクリーン上のポインタの運動を追尾するとき、指または他のポインタの位置を決定するためにタッチスクリーン・アプリケーションにおいて使用できる。他の実施例において、位置検出システムの実施態様は、娯楽アプリケーションに使用できる。１つの典型的な応用において、ゴルフ・クラブの頭部の運動および／またはゴルフボールの飛行経路を、ゴルファーのストローク改善を補助するため、またはビデオゲーム・システムの一部として、複数の観測平面によって追尾できる。他の典型的な応用において、描画および／または書き込みのデジタル・コピーを提供するため、製図用ペンの運動を観測平面において追尾できる。
【００４３】
概して、本開示の実施形態は、例えば、プロセス、装置、またはプロセスを実行する装置を含む。例えば、上記に詳述したように、実施形態は、物体の位置を決定することに関連する１つ以上のプロセスを実行するように構成された１つ以上の装置を含んでよい。装置は、例えば、個別の、または統合化されたハードウェア、ファームウェアおよびソフトウェアを含んでよい。装置は、特に１つ以上の記載されたプロセスまたはその変形例を実行するようプログラムされた場合、例えば、計算装置、または他の計算または処理装置を含んでよい。その計算または処理装置は、例えば、プロセッサ、集積回路、プログラム可能な論理回路、パーソナル・コンピュータ、パーソナル携帯情報機器、ゲーム装置、携帯電話、計算機、およびソフトウェア・アプリケーションを収納する装置を含む。
【００４４】
実施形態は、物体の位置を決定する１つ以上のプロセスを実行する指示を有する１つ以上のコンピュータ可読媒体を含む装置において具体化されていてよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、記憶装置、メモリ、および指示を符号化するまたは伝達する、フォーマットされた電磁波を含んでよい。コンピュータ可読媒体は、例えば、種々の不揮発性および／または揮発性メモリ構造、例えばハードディスク、フラッシュメモリ、ランダムアクセス・メモリ、読出し専用メモリおよびコンパクト・ディスクを含んでもよい。指示は、例えば、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、および電磁波の中であってよい。
【００４５】
計算装置は、上記に詳述したように、位置検出算定を実行するようにプログラムされた計算装置の実施態様を示してよく、記憶装置は、物体位置検出の記載された実施形態を実行するための指示を格納しているコンピュータ可読媒体を示してよい。
【００４６】
図９に示すように、本開示の様々な実施形態は、コンピュータシステムおよびコンピュータ・プログラムによって実行されてもよい。より具体的には、本開示の実施形態は、コンピュータ・プログラム製品、例えばソフトウェアがコード化されたコンピュータ可読媒体の中に提供されてよい。コンピュータ・プログラム製品は、本開示の１つ以上の実施形態を実行するようにデータ処理装置を誘導するようにプロセス設定されていてよい。図９は、複数のコンピュータ９１２、およびネットワーク９１６を介してお互いに通信する１つ以上のサーバ９１４を含む典型的なコンピュータ・ネットワーク９１０を示す。ネットワーク９１６は、ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、ワイド・エリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、および／またはインターネットを含むが、これに限定されない。典型的なコンピュータ９１２は、ディスプレイ９１８、入力装置９２０、例えばキーボードおよび／またはマウス、メモリ９２２、データポート９２４およびＣＰＵ９２６を含む。ディスプレイ９１８は、本開示に基づいて観測されると共に、入力装置としても機能するタッチスクリーンを含んでよい。本開示のプロセスの１つ以上の実施態様を実行するコンピュータ・プログラム製品、例えばソフトウエアプログラムは、１つ以上のコンピュータ９１２、および／またはサーバ９１４に格納されていてよい。
【００４７】
コンピュータ・プログラム製品は、本開示の実施形態に基づく作動を実行するために、ＣＰＵ９２６のようなデータ処理装置を誘導できる。例えば、コンピュータ・プログラム製品は、第１の信号を放射するために第１のエミッタを誘導し、第２の信号を放射するために第２のエミッタを誘導するようにデータ処理装置を誘導できる。データ処理装置は、センサに例えばディスプレイ９１８のスクリーンのような平面を観測するように指示できると共に、センサから応答信号を受信できる。応答信号は、第１の信号および第２の信号のそれぞれが物体において反射されたあとの第１および第２の信号に基づいてよい。データ処理装置は、平面における物体の位置を決定するために、応答信号を加工できる。
【００４８】
多くの実施形態につき説明したが、各種の修正が可能である。従って、他の実行形態も、開示の範囲内である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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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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