走査ビームディスプレイのための入力装置

专利摘要:
一又は複数の実施形態に従って、入力装置は、走査ビームディスプレイ１００又はその同等物と併せて使用され、又は、ＭＥＭＳスキャナのような走査ビームディスプレイにおいて使用されるときに走査プラットフォームに基づく。光検知器の照射又は再帰反射器への走査ビームの反射のような入力が、リフレッシュ信号又は水平及び垂直同期信号のような走査プラットフォームのタイミングに相関させられる。該タイミングの相関は、Ｘ−Ｙ位置を表し、また、実施形態によってはＺ位置を表し、これらは入力データをホスト装置に提供することに利用される。
公开号:JP2011514566A
申请号:JP2010540724
申请日:2008-12-04
公开日:2011-05-06
发明作者:ティー． ギブソン，グレゴリー；ビー． スプラグ，ランドール；ディーン デヨング，クリスチャン
申请人:マイクロビジョン，インク．；
IPC主号:G06F3-038

专利说明:

[0001] 走査ビームディスプレイ（表示器）のための入力装置に関する。]
背景技術

[0002] 移動式走査ビームディスプレイは、より小さい形状因子（フォームファクター）を維持する一方で、より大きいイメージ（画像又は映像）を介して情報を表示することに利用される。従って、このような走査ビームディスプレイは、携帯機器のために出力機能を提供可能であるが、それでも入力機能が必要とされている。典型的に携帯電話又は他の同様のより小さいフォームファクター装置のために、より小さいサイズのキーボードによって入力機能は達成される。コンピュータの使用者は、利用可能なより大きいサイズのキーボード及び、さらに典型的にはマウスであるポインティング（指向）装置を用いるのに慣れている。入力のためにタッチスクリーンを実行する既知のアプローチでは、典型的には、平面形状に配列されたハードウェアが典型的にはスタイラス（タッチペン）であるポインティング機器の絶対Ｘ−Ｙ位置を検知することが必要である。このようなハードウェア実装は、容量性検知アレイ（配列）、抵抗性検知アレイ、ワイヤグリッドアレイ、光結合アレイ、及び、圧力検知アレイを含み、全てが２次元ハードウェア構造を必要とする。典型的な使用者にとって動作の適切な分解能を提供しようとすれば、携帯電話のような携帯機器で使用するためにハードウェア構造が大きすぎるという結果に終わる。]
課題を解決するための手段

[0003] 特許請求の範囲の発明主題は、明細書の結論部分において詳細に指摘され、且つ、明確に定義されている。しかしながら、かかる発明主題は、図面とともに以下の詳細な説明を参照することによって理解されよう。]
図面の簡単な説明

[0004] 一又は複数の実施形態に従う、アクティブな入力装置を有する走査ビームディスプレイの図。
一又は複数の実施形態に従う、パッシブな入力装置を有する走査ビームディスプレイの図。
一又は複数の実施形態に従う、入力装置の位置がそこから決定される走査ビームディスプレイの同期信号のタイミング図。
一又は複数の実施形態に従う、走査ビームディスプレイと併せて、入力装置の位置を判定する方法のフロー図。
一又は複数の実施形態に従う、入力装置の３次元位置情報及び回転情報を提供可能である入力装置を有する走査ビームディスプレイの図。
一又は複数の実施形態に従う、ディスプレイ表面に対して、及び／又は、別のディスプレイ装置のイメージに対して、ディスプレイの相対位置を判定可能な２以上の走査ビームディスプレイの図。
一又は複数の実施形態に従う、使用者の指の位置を判定可能な走査ビームディスプレイのための入力装置の図。
一又は複数の実施形態に従う、走査ボアサイトを有する走査ビームディスプレイのための入力装置の図。]
実施例

[0005] 図面の簡易さ及び／又は明確さのために、図面に表された要素は、必ずしもスケール通りに描かれていない。例えば、明確にするために、要素のいくつかの寸法は別の要素に対して誇張されている。さらに、適当であると考えられた場合、参照番号は、対応及び／又は類似する要素を示すために、複数の図面において繰り返し用いられている。]
[0006] 以下の詳細な説明において、本発明の包括的な理解を提供するために複数の特定の細部が説明される。しかしながら、本発明がそれら具体的な細部なしに実施されうることは本技術分野の当業者によって理解されよう。その他の場合では、公知の方法、手順、構成要素及び／又は回路は詳細に説明されていない。]
[0007] 以下の説明及び／又は請求の範囲において、結合（ｃｏｕｐｌｅｄ）及び／又は接続（ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ）がそれらの派生語とともに用いられる。特定の実施形態では、接続は、２以上の要素が互いに直接に物理的及び／又は電気的に接触（コンタクト）した状態にあることを意味しよう。結合は、２以上の要素が互いに直接に物理的及び／又は電気的に接触（コンタクト）した状態にあることを意味しよう。しかしながら、結合はまた、２以上の要素が互いに直接に接触していなくても互いに協動及び／又は相互作用することも意味する。例えば、「結合」は２以上の要素が互いに接触していなくても、別の要素又は中間要素を介して間接に接合されていることを意味する。最後に、「上に（ｏｎ，ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ，ｏｖｅｒ）」という用語が、以下の説明及び請求の範囲において用いられる。「ｏｎ」「ｏｖｅｒｌｙｉｎｇ」「ｏｖｅｒ」は、２以上の要素が直接に物理的に接触していることを示すのにも用いられうる。しかしながら、「ｏｖｅｒ」はまた、２以上の要素が互いに直接に接触している状態にないことをも意味する。例えば、「ｏｖｅｒ」は、一要素が別の要素の上にあるが互いに直接に接触している状態にないこと、及び、別の要素又は複数の要素を２つの要素間に有することを意味しうる。さらに、次に関して発明主題の技術的範囲は限定されないが、「及び／又は（ａｎｄ／ｏｒ）」は、「及び」を意味し、「又は」を意味し、「排他的ｏｒ」を意味し、「１つ」を意味し、「全てではないが一部」を意味し、「どちらでもない」を意味し、及び／又は、「両方」を意味する。以下の説明及び／又は請求の範囲において、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｉｎｃｌｕｄｅ）」がその派生語とともに用いられ、互いに同義語としての使用が意図されている。]
[0008] 図１を参照して、一又は複数の実施形態に従い、アクティブ（能動的）な入力装置を有する走査ビームディスプレイの図を説明する。図１に示すとおり、走査ビームディスプレイ１００は、レーザビームを含むビーム１１２を放射可能な、レーザまたはその同等物などのレーザ光源である光源１１０を備える。ビーム１１２は、ＭＥＭＳ式スキャナ又はその同等物である走査プラットフォーム１１４に入射して、制御出力ビーム１２４を生成するように走査ミラー１１６に反射される。水平駆動回路１１８及び垂直駆動回路１２０は、出力ビーム１２４がラスター走査（スキャン）１２６を行うように走査ミラー１１６が偏向される方向を調整して、表示イメージ１２８を、例えば、投射面に形成する。ラスターパターン１２６内の出力ビーム１２４の位置と、イメージ内の対応ピクセル（画素）に対応する強度及び／又は色情報とに基づいて、表示イメージ１２８としてイメージ情報を書き込むために、表示イメージのピクセル情報を走査プラットフォーム１１４に同期するレーザ調整（変調）に変換することによって、ディスプレイコントローラ１２２は水平駆動回路１１８及び垂直駆動回路１２０を制御する。ディスプレイコントローラ１２２は、走査ビームディスプレイ１００の他の様々な機能をも制御しうる。] 図１
[0009] 一又は複数の実施形態では、入力装置はスタイラス（タッチペン）１３０又はその同等物を含み、このスタイラス１３０は、該スタイラス１３０の端部に配置されたフォトダイオード１３２を有する。出力ビーム１２４がスタイラス１３０に入射するように、スタイラス１３０が表示イメージ１２８上に（又はその近くに）位置する場合、フォトダイオード１３２は、出力ビーム１２４の光エネルギーに反応して電気パルスを生成する。この電気パルスのタイミングは、フォトダイオード１３２の位置が表示イメージ１２８のピクセルと相関があるように、フォトダイオード１３２の位置を判定（決定）するために、走査プラットフォーム１１４を駆動するよう水平同期信号及び／又は垂直同期信号に相関させ（関連付け）られる。パルスのタイミングを水平及び／又は垂直同期信号に相関させる（関連付ける）ために、一又は複数の実施形態では、スタイラス１３０内に位置する電気回路によってこの関連付けが実行される。ディスプレイコントローラ１２２は発光ダイオード（ＬＥＤ）１３６を駆動するが、このＬＥＤ１３６は、出力ビームが使用者に不可視であって表示イメージ１２８の見易さを妨げないように赤外線（ＩＲ）ダイオードを含む。水平及び／又は垂直同期情報は、スタイラス１３０のフォトダイオード１３２により検知されるＬＥＤ出力ビーム１３８を介して、ＬＥＤ１３６によってスタイラス１３０に伝送される。出力ビーム１２４を介して生成された電気パルスを水平及び／又は垂直同期信号に相関させた後に、スタイラス１３０は、得られた位置情報をディスプレイコントローラ１２２にリンク（接続手段）１３４を介して伝送する。一又は複数の実施形態では、リンク１３４は、スタイラス１３０とディスプレイコントローラ１２２との間のケーブル接続を介した有線リンクを含むか、或いは、リンク１３４は無線周波数（ＲＦ）リンクのような無線リンクを含む。ある実施形態では、リンク１３４は、ブルートゥース特別利益団体（ＳＩＧ）によって規定されるようなブルートゥースリンクを含むが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。]
[0010] 一又は複数の実施形態では、高速走査軸はラスター走査１２６の水平方向を示し、且つ、低速走査軸はラスター走査１２６の垂直方向を示す。走査ミラー１１６は、出力ビーム１２４をより高い周波数で左右に掃引（スイープ）させるとともに、より低い周波数で垂直方向に掃引させる。その結果、ラスター走査１２６を行うようにレーザビーム１２４の走査軌道が生じる。表示イメージ１２８内の各ピクセルは、各フレーム内の時間において全く同じ瞬間で、出力ビーム１２４によって照射される。投射イメージにおける各々の及び全てのピクセルは、リフレッシュフレームの開始に関して全く同時に照射されるので、リフレッシュフレームの開始に関するタイミングを知ることによって、所定ピクセルのＸ−Ｙ位置を簡単に決定することができる。]
[0011] 一又は複数の実施形態では、ピクセルタイミングをリフレッシュフレームの開始に相関させる代わりに、ノイズ及び精度の理由で、Ｘ位置を得るように水平同期の開始に対して、及び、Ｙ位置を得るように垂直同期の開始に対して、ピクセルタイミングを相関させることはさらに正確でありうる。このような配置態様は、Ｘ次元でのより良好な精度及び安定性を形成する。従って、一又は複数の実施形態では、スタイラス１３０は、フォトダイオード１３２の照射を介して、選択ピクセルの照射のタイミングを検知するとともに、ピクセル照射を水平走査同期パルス及び／又は垂直走査同期パルスに相関させることができる。]
[0012] 表示イメージ１２８内のピクセルのＸ−Ｙ位置を決定するために、表示イメージ１２８内の（又は表示イメージ１２８に近接する）選択ピクセル上にスタイラス１３０の先端を配置することにより、選択ピクセルを識別することにスタイラス１３０は利用される。出力ビーム１２４はスタイラス１３０の先端を照射し、フォトダイオード１３２によって検知可能である。フォトダイオード１３２の照射タイミングはピクセルタイミング信号を提供し、ディスプレイコントローラ１２２はＶ（垂直）同期及びＨ（水平）同期タイミング信号のためのタイミング情報を含む。選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算するように３つのタイミングパルスを相関させるために、３つの信号は、スタイラス１３０又はディスプレイコントローラ１２２のいずれかに配置された１つの電子回路にとって利用可能であろう。従って、一実施形態では、スタイラス１３０は、ピクセルタイミング信号をディスプレイコントローラに伝え、また、別の実施形態では、ディスプレイコントローラ１２２がＶ同期信号及びＨ同期信号をスタイラス１３０に伝える。]
[0013] 図１の実施形態では、スタイラス１３０は、選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算可能なアクティブな装置を含み、ディスプレイコントローラ１２２はＶ同期信号及びＨ同期信号をスタイラス１３０に伝える。この実施形態では、スタイラスが選択ピクセル位置で表示イメージ上（又はその近く）に配置されたときに、選択ピクセルの照射タイミングは、スタイラス１３０端部に配置されたフォトダイオード１３２を介して測定されうる。選択ピクセルが出力ビーム１２４によって照射されると、フォトダイオード１３２は光を検知して該検知光に電気的反応を起こすが、これは、ラスター走査１２６における出力ビーム１２４の掃引の間にフォトダイオード１３２の一時的な照射に反応するパルスとして表される、光検知器の出力の立ち上がり（エッジ）又は立ち下がり（エッジ）は、選択ピクセルのためのタイミングパルスとして使用されうる。一又は複数の実施形態では、フォトダイオード１３２は、使用者によって保持されたスタイラス１３０の端部に配置されるか、あるいは、フォトダイオード１３２は、例えば、マウス、ジョイスティック、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、トラックボール、レーザポインタなどの、スタイラス又は他の入力装置と同様の方法で使用される様々な他の機器又は装置に配置される。しかし、これに関して本発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図１
[0014] Ｖ同期信号及びＨ同期信号をスタイラス１３０に送るために、ディスプレイコントローラ１２２は、垂直同期信号及び水平同期信号を使用し、発光ダイオード（ＬＥＤ）１３６を駆動するが、該発光ダイオード１３６は、Ｖ同期信号及びＨ同期信号を含むＬＥＤ出力ビーム１３８を発生させるように、走査ビームディスプレイ１００内（又はその近く）に配置された赤外線（ＩＲ）ＬＥＤを含む。スタイラス１３０内のフォトダイオード１３２は、ＬＥＤ出力ビーム１３８を検知し、これに反応して、対応タイミングパルスを発生させる。このとき、スタイラス１３０は、Ｖ同期信号、Ｈ同期信号、及び、ピクセル照射信号を有し、そこから選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算する。ＬＥＤ１３６からのＶ同期信号及びＨ同期信号は、それら自身を互いに区別（識別）し、且つ、ピクセル照射によって発生したパルスからそれら自身を区別するように、一連の相対的に高速なパルスを含む。スタイラス１３０内の電子回路は、ピクセル照射パルスのタイミングをＶ同期信号及びＨ同期信号に相関させることに少なくとも部分的に基づいて、Ｘ−Ｙ位置を計算しうる。図3に関して、このことのさらなる詳細を以下に説明する。一又は複数の実施形態では、Ｖ同期信号とＨ同期信号との通信は、ＬＥＤ１３６の光学的ＩＲパルスを介して達成される必要はなく、代わりに、このような通信は、例えば、無線周波数信号を使用する無線伝送、又は、有線伝送を介して達成されてもよい。しかし、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。]
[0015] 図２を参照して、１又は複数の実施形態に従う、パッシブな入力装置を有する走査ビームディスプレイの図を説明する。図２の走査ビームディスプレイ１００の実施形態では、ディスプレイコントローラ１２２は、ピクセル照射タイミング信号をディスプレイコントローラ１２２に伝えるスタイラス１３０を有することに基づいて、選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算しうる。選択ピクセル照射タイミングは、選択ピクセル位置（又はその近く）で、ディスプレイ上に位置する再帰反射器又は同様の反射器を使用することによって測定（決定）される。一又は複数の実施形態では、図１のフォトダイオード１３２の代わりにスタイラス１３０端部に配置された再帰反射器２１０で、これが実行されうる。選択ピクセルが出力ビーム１２４によって照射されるとき、再帰反射器２１０は、選択ピクセルの光の一部を走査ビームディスプレイ１００に向けて反射する（して戻す）。走査ビームディスプレイ内（又はその近く）のフォトダイオード２１４は、再帰反射器２１０からの反射光を反射ビーム２１２として検知可能であって、それに反応して電気パルスを発生させる。光検知器２１４によって発生した電気信号の立ち上がり又は立ち下がりは、ピクセル照射のタイミングパルスとして使用されるために、ディスプレイコントローラ１２２に提供されうる。この点でディスプレイコントローラ１２２は、該ディスプレイコントローラ１２２が既に有するＶ同期信号及びＨ同期信号に相関させるための、光検知器２１４からの選択ピクセルタイミング信号を有する。] 図１ 図２
[0016] 図１及び図２の実施形態では、スタイラス１３０が選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算しても、又は、ディスプレイコントローラ１２２が計算を実行しても、いずれの装置もＸ−Ｙ位置をホストコンピュータ（例えば、走査ビームディスプレイによって表示イメージ１２８に表示されるイメージデータが提供される、ホストパーソナルコンピュータ（ＰＣ）又は携帯電話）に戻して伝える。ディスプレイコントローラ１２２がピクセルのＸ−Ｙ位置を計算する場合、スタイラス１３０に備えられた再帰反射器２１０はバッテリを必要せずに完全にパッシブであるが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。一実施形態では、ホスト装置は、電話のハウジング内に包含された走査ビームディスプレイを有する携帯電話を含み、そして、ディスプレイコントローラ１２２は既に直接無線リンクを介して携帯電話に密接に接続されているので、ディスプレイコントローラ１２２はＸ−Ｙ位置を計算しうる。別の特定実施形態では、ホスト装置はラップトップコンピュータであり、スタイラス１３０は、無線周波数（ＲＦ）リンク、光学赤外線リンク、又は、有線リンクを介して、Ｘ−Ｙ位置及び情報をホストラップトップコンピュータに通信するが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図１ 図２
[0017] 一又は複数の実施形態では、図１及び／又は図２に関して示され説明されたとおり、スタイラス１３０は、走査ビームディスプレイ１００と併せて、マウスのポインティング機能を実行することに利用されうる。一又は複数の実施形態では、他のマウス機能（例えば、その作動がホスト装置に通信される従来マウスボタン）が実行される。スタイラス１３０がＸ−Ｙ位置を計算及び通信する場合、マウスボタン作動情報を提供するための１又は複数のボタンが従来回路を介してスタイラス１３０に追加される。しかしながら、走査ビームディスプレイのディスプレイコントローラ１２２がＸ−Ｙ位置を計算及び通信する場合、スタイラス１３０はマウスボタン作動（情報）をも通信しうる。このようなマウスボタン作動情報のホスト装置への通信は、無線又は光回路を介して実行可能であるが、これは、再帰反射器２１０を有する他のパッシブなスタイラス１３０が電力を供給されることを必要とする。別実施形態では、複数の再帰反射器２１０が利用され、スタイラス１３０上のマウス式ボタン作動が、光検知器２１４から再帰反射器２１０の少なくとも１つを遮蔽しうる。このような配置態様では、ディスプレイコントローラ１２２は、複数の再帰反射器２１０の少なくとも１つから反射信号２１２の喪失をボタン作動と理解する。いくつかの点で、このような通信はパッシブな光通信リンクであってもよく、それによって、バッテリ又は他の電力源をスタイラス１３０内に必要としない。] 図１ 図２
[0018] 図３を参照して、一又は複数の実施形態に従って、そこから入力装置の位置が判定される走査ビームディスプレイのための同期信号のタイミング図を説明する。図３のタイミング図３００に示すとおり、ラスター走査１２６のためのＶ同期信号３１０及びＨ同期信号３１２は、選択ピクセルのＸ−Ｙ位置を計算することに利用されうる。選択ピクセルのＸ位置は、水平同期パルス３１８に対してピクセル照射パルス３２０の位相を相関させることにより、ピクセル照射信号３１４から計算されうる。ピクセル照射パルス３２０と水平同期パルス３１８との間の時間差３２２は、ラスター走査１２６における出力ビーム１２４の掃引に関する選択ピクセルのタイミングを表し、そして、選択ピクセルのＸ位置に対応する。出力ビーム１２４の掃引は全Ｘに亘って均一な速度を有さないので、適切なＸ位置に時間差３２２をマップする（位置付けする）ように調整がなされうる。出力ビーム１２４の水平走査軌道に沿った各ピクセルは、水平同期パルス３１８からの特定且つ反復可能なタイミング位相遅延３２２に対応する。同様に、選択ピクセルのＹ位置は、垂直同期パルス３１６に関してピクセル照射パルス３２０間のタイミング位相遅延３２４から計算されうる。同様に、垂直方向への過走査（オーバースキャン）に対処するように、照射パルスのタイミング及び対応するＹ位置の間のマッピングにおいて調整がされうる。] 図３
[0019] 一又は複数の実施形態では、Ｘ位置及びＹ位置の計算は参照テーブルを介してなされ、この参照テーブルは、参照テーブルへのアドレスとして測定位相遅延３２２及び３２４を使用する。あるいは、Ｘ−Ｙ位置は、測定位相遅延、並びに、Ｖ同期パルス３１６及びＨ同期パルス３２８に対するビデオ出力の既知の位相オフセット（ずれ）を代数的に使用して計算されうる。スタイラス１３０がフォトダイオード１３２を有してアクティブであろうと、又は、再帰反射器２１０を有してパッシブであろうと、実施形態によっては、検知装置は、２以上の表示イメージ１２８のピクセルからの照射を容易に捉える。水平検知では、より長いパルス幅を生じる。これは、Ｘ位置を長いパルスの中央又は前縁として見なすことが可能と判定することにより理解される。しかしながら、垂直方向では、複数のパルスが隣接する走査列から容易に生成される。位置判定デコード（復号）アルゴリズムは、このようなパルスの最初のもの又は全パルスの平均に基づいて、Ｙ位置を計算可能である。アルゴリズムが変わらない限り、使用者は、スタイラス１３０を介して使用者が選択したピクセルの十分な制御を有するであろう。一又は複数の実施形態では、２以上のスタイラス１３０を利用することが可能である。複数の再帰反射器１３２によって生成された複数のピクセルタイミングパルス３２０を区別することが、位置判定デコードアルゴリズムにおいて、さらに複雑さを伴って、ディスプレイコントローラ１２２により実行可能である。あるいは、各スタイラス１３０がそれ自体のピクセルのＸ−Ｙ位置を計算しようとしても、走査ビームディスプレイ１００には、追加の複雑さがほとんど加えられないであろう。一又は複数の実施形態では、複数のスタイラス１３０が使用可能である応用適用例は、仮想キーボードの場合である。走査ビームディスプレイ１００のための仮想キーボード応用例は、図７に示されている。] 図７
[0020] 図４を参照して、一又は複数の実施形態に従う、走査ビームディスプレイと併せて、入力装置の位置を判定する方法のフロー図を説明する。図４の方法４００は、走査ビームディスプレイ１００とともにスタイラス１３０のような入力装置を操作する一方法を表しているが、同様の別方法も使用可能である。さらに、方法４００は、図４に示したよりも多い又は少ないブロックを含んでもよく、及び／又は、ブロックは他の様々な順序で配置されてもよく、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。図４に示すとおり、ブロック４１０において、イメージは、投射出力ビーム１２４のラスター走査１２６を介して投射される。ブロック４１２において、使用者はイメージの少なくとも１つの選択ピクセルに対応するイメージの位置にスタイラス１３０を配置する。ブロック４１４において、選択ピクセルの位置でスタイラス１３０に入射する投射出力ビーム１２４からパルスが生成される。パルスのタイミングは、ラスター走査１２６のタイミングに（例えば、リフレッシュフレームに、及び／又は、水平同期信号及び垂直同期信号に）関連付けられる。パルスのタイミングをラスター走査１２６のタイミングに相関させることに部分的に基づいて、ブロック４１８において、表示イメージ１２８の選択ピクセルの位置の判定がなされて、結果としてスタイラス１３０の位置の判定もなされる。位置情報は、携帯電話又はパーソナルコンピュータのような装置内に入力データを提供するように利用されてもよく、携帯電話又はパーソナルコンピュータが、例えば、グラフィックユーザインターフェースを介して、使用者によりスタイラスで制御されるように、イメージデータが該装置から提供されてもよいが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図４
[0021] 図５を参照して、一又は複数の実施形態に従う、入力装置の３次元位置情報及び回転情報を提供可能な入力装置を有する走査ビームディスプレイの図を説明する。一又は複数の実施形態では、プロジェクタ１００は、壁、スクリーンなどの投射面上に表示イメージ１２８を投射する。スタイラス１３０は、矩形などの所定形状５１０を有する反射器又はフォトダイオードを備え、一例として、形状５１０では、一方向の辺が他方向の辺よりも長い。このような実施形態では、図１又は図２に関して説明したように、ラスター走査１２６に対する形状５１０の位置を判定するように、ディスプレイ１００の光検知器２１４が形状５１０からの反射若しくは照射又は陰影（暗部）を検知し、その上にディスプレイ平面１２８に略平行である平面内の形状５１０のＸ−Ｙ座標が存在する。一実施形態では、形状５１０は、表示イメージ１２８内のピクセル数に対応する大きさを有する。例えば、表示イメージ１２８が８００×６００のピクセルイメージを有し、且つ、形状５１０が水平Ｘ方向に表示イメージの１％を占めるように位置している場合、形状５１０は水平Ｘ方向に約８ピクセルのピクセル幅を有する。従って、形状５１０は、ディスプレイ１００から発する表示イメージの角度（θ）の範囲を定める反射、照射、又は、陰影を与える。スタイラス１３０がＺ方向において表示イメージ１２８に接近移動するとともにディスプレイ１００から離れると、形状５１０の大きさは、該形状５１０が占める表示イメージ１２８のピクセル数において減少し、且つ、該形状５１０の反射又は照射が占める角度θはより小さくなる。その結果、このとき、パルス３２０の幅は、ラスター走査１２６の水平掃引の割合をより低くにするために、形状５１０の反射若しくは照射又は陰影によって時間的に減少する。さらに、形状５１０の大きさは、垂直Ｙ方向ではより小さいので、照射パルス３２０の数は所定フレームに減少する。同様に、形状５１０が表示イメージ１２８から離れて、ディスプレイ１００に向かって移動すると、形状５１０の大きさは、形状５１０の反射若しくは照射又は陰影が占める表示イメージ１２８のピクセル数において増加する。] 図１ 図２ 図５
[0022] 従って、表示イメージ１２８のＸ−Ｙ平面に関するＺ軸に沿ったスタイラス１３０の位置は、ホスト装置に対して追加の入力情報をエンコード（符号化）することに利用されうる。例えば、スタイラス１３０が第１のＺ位置にあるとき、形状５１０の反射若しくは照射又は陰影は、第１のサイズを有し、ピクセル位置信号３１４の対応パルス３２０は、第１のパルス幅５１２を有しうる。スタイラス１３０が、第１のＺ位置よりも表示イメージ１２８からさらに離れた第２のＺ位置に移動すると、形状５１０の反射若しくは照射又は陰影は、より大きい第２のサイズを有し、且つ、ピクセル位置信号３１４の対応パルス３２０は、第１のパルス幅５１２よりも大きい第２のパルス幅５１４を有する。結果として、ピクセル位置パルス３２０の幅すなわち存続時間、及び／又は、所定フレーム内に生成されたパルス３２０の数は、表示イメージ１２８に関するスタイラス１３０のＺ位置に基づいてスタイラス１３０のための追加の入力機能を提供することに使用される。例えば、スタイラス１３０のＺ位置は、スタイラス１３０がディスプレイ表面に接触しつつあるとき、及び、スタイラス１３０が表面から離れていくときをホスト装置に指し示す。スタイラス１３０で表示イメージ１２８の位置を２回たたくことは、マウスのダブルクリックに相当する。同様に、表示イメージ１２８上に使用者が手書きをすることにスタイラス１３０が使用されるとき、スタイラス１３０で使用者の自然な手書き動作を捉えるように印を付けるべきか及び印を付けないときかを知るように、Ｚ情報を装置によって使用することが可能である。さらに、Ｚ情報は、グラフィックユーザインターフェースにおいて他の入力機能を制御することにも利用されうる。例えば、表示イメージ１２８が、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）のような３次元イメージである場合、Ｚ情報は、イメージのズームイン若しくはズームアウト、又は、表示イメージ内の３次元物体を回転させることに使用されうる。一又は複数の実施形態では、スタイラス１３０は、例えば、入力情報のさらなる度合いを提供するために、ジョイスティック又はペン型スキャナなどの、スタイラス以外の他の様々なタイプの入力装置を備える。例えば、ジョイスティックのハウジングは、表示イメージ１２８に対するハウジングの位置に基づいて入力情報をエンコードするように第１のフォトダイオード又は再帰反射器を含み、ジョイスティックの先端は、表示イメージ１２８に対するジョイスティックの動きに基づいて入力情報をエンコードするように第２のフォトダイオード又は再帰反射器を含み、そして、ジョイスティックのハウジングは、表示イメージ１２８に対するジョイスティックのハウジングのＺ方向の動きに基づいて入力情報をエンコードするように投射面上にスポット５１０を投射するためのレーザダイオードを含む。別の同様の入力装置も実行可能であり、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。]
[0023] さらに、図５に示すとおり、スタイラス１３０端部の反射器又はフォトダイオードの形状５１０では、第１の方向の辺の方が第２の方向の辺よりも長く、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸に沿った３次元座標情報をエンコードすることに加えて、回転値Ｗをエンコードするように形状５１０の回転は検知されうる。形状５１０が一般に水平であるとき、該形状５１０による反射又は照射は、該形状５１０により占められた水平Ｘ方向のピクセル数に対応し、且つ、該形状５１０により占められた垂直Ｙ方向の走査線の数に基づいたフレームごとに生成された、パルス３２０の第１数にも対応する、パルス３２０の第１幅を生じる。形状５１０が９０度回転したとき、該形状５１０による反射又は照射は、該形状５１０が水平に整列したときのパルスの第１幅よりも小さいパルス３２０の第２幅を生じる。同様に、形状５１０は、該形状５１０が垂直Ｙ方向のより多くの走査線を占めることにより、パルス３２０の第１数よりも大きい所定フレームにおけるパルス３２０の第２数を生成する。これらのパルスのパルス幅に対して、発生したパルス３２０の数の割合を検査することによって、形状の角回転Ｗの判定がなされることで、スタイラス１３０の回転が情報をさらにエンコードする。例えば、表示イメージ１２８のイメージ又は表示イメージ１２８内の物体は、検知された形状５１０の回転を介したスタイラス１３０の角回転によって回転される。同様に、２以上のスタイラス１３０の入力は、所定のスタイラス１３０の形状５１０の特定の角回転を検知することによってそれぞれ検知可能である。あるいは、各スタイラスは、同様の手段でホスト装置によって検知可能な独特な形状５１０を有してもよい。例えば、体積、輝度、ペン入力の線幅などのホスト装置への様々な別の入力は、Ｗ方向のスタイラス１３０の回転を介して同様に制御されるが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図５
[0024] 図６を参照して、一又は複数の実施形態に従う、別のディスプレイ装置のディスプレイ表面及び／又はイメージに対してディスプレイの相対位置を判定可能な２以上の走査ビームディスプレイの図を説明する。図６の一又は複数の実施形態では、１又は複数の再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２を、壁又は投射スクリーンのような投射面６１０に固定可能である。使用者が第１ディスプレイ６１２又は第２ディスプレイ６１６を固定再帰反射器２１０に対して動かすと、再帰反射器２１０の位置は、第１表示イメージ６１４又は第２表示イメージ６１８に対して移動する。注目すべきは、第１ディスプレイ６１２及び／又は第２ディスプレイ６１６は図１又は図２のディスプレイ１００と実質的に類似していることである。計算して得られた、再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２を照射する表示イメージのピクセルのＸ−Ｙ位置は、ディスプレイ６１２又はディスプレイ６１６の角度を計算することに利用されうる。情報は、ビデオゲーム及び／又は他の応用のために、プロジェクタのポインティング（指向）角度のフィードバックに使用可能である。] 図１ 図２ 図６
[0025] 一又は複数の実施形態では、複数の再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２が投射面６１０上に配置されうる。使用者が投射面に沿って様々な位置にディスプレイ６１２又はディスプレイ６１６を向けると、表示イメージ６１４又は表示イメージ６１８の異なるピクセル位置で異なる再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２が照射される。投射面及び／又は他の追加の表面に配置された十分な数の再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２で、全３６０度のポインティング位置の判定がドリフトフリーの（偏差のない）精度で達成される。一又は複数の実施形態では、再帰反射器２１０又はフォトダイオード１３２の固定位置を使用することにより、ディスプレイ表面６１０上の表示イメージ６１４又は６１８の位置が分かるので、第１ディスプレイ６１２の表示イメージ６１４が第２ディスプレイ６１２の表示イメージ６１８に少なくとも部分的に重なるときをどちらのディスプレイでも判定できるように、図６の配置態様を使用して２以上のディスプレイ６１２及びディスプレイ６１６が同時に利用される。このような実施形態では、第１ディスプレイ６１２と第２ディスプレイ６１６との間のリンク（例えば、図１のブルートゥース式リンク又は図２のスタイラス１３０とディスプレイコントローラ１２２との間の赤外線リンク）が存在しうる。各ディスプレイが、他のディスプレイのイメージに対するそれ自体のイメージの位置を判定可能であるように、ディスプレイ６１２及びディスプレイ６１６はそれら自体のＶ同期信号及びＨ同期信号を互いに通信する。このような配置態様は、例えば、ビデオゲームなどにおいて有用であり、各プレイヤーは自分のディスプレイを有し、ゲームは、別の表示イメージ６１８に対する１表示イメージ６１４の相互作用に関係する。しかしながら、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図１ 図２ 図６
[0026] 図７を参照して、一又は複数の実施形態に従う、使用者の指の位置を判定可能な走査ビームディスプレイのための入力装置の図を説明する。一又は複数の実施形態では、光検知器７１６は、使用者のそれぞれの指の爪の先端に取り付けられる。ここで、例えば、光検知器７１６はフォトダイオード１３２又は再帰反射器２１０である。一実施形態では、これは、手袋７１４又は同様の機器を介して達成される。使用者は、該使用者の爪付近の指の端部に光検知器７１６を配置する手段として、該光検知器７１６が取り付けられた手袋７１４内に指を配置することにより、該手袋７１４を装着する。例えば、再び手袋７１４又はその同等物を使用して、ボタン７１８又は他の作動手段が、使用者の手の各指の先端のタイピング表面に取り付けられる。使用者が指の先端でパッシブな平坦投射面７１２に対して押圧すると、ボタン７１８が押圧されて、その特定の指のＸ−Ｙ位置を捉えるように光検知器７１６に信号を送る。ディスプレイ１００は、仮想キーボード７１０のイメージを投射面７１２上に投射するように位置し、図１又は図２に関して説明したように、ＬＥＤ１３６及び／又はフォトダイオード２１４を含む。使用者の指の位置、即ち、光検知器７１６の位置は、仮想キーボード７１０の仮想キー７２０の位置に対応する。この情報は、使用者の指が押圧する仮想キー７２０を判定することに使用可能であり、特定のキー入力をホスト装置に提供する。一又は複数の実施形態では、使用者の本物のキーボードのタイピング経験を模擬するように仮想キー７２０が押圧されることの確認を使用者に提供する本物のキーボードと同様の方式で、使用者の指先端に位置するボタン７１８は触知性フィードバックを提供可能である。一又は複数の実施形態では、光検知器７１６及び／又はボタン７１８を使用者の指先端に取り付けることは、使用者により装着される手袋７１４の使用により、あるいは、接着剤又は指先端上に装着された構造を介して、達成可能であるが、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図１ 図２ 図７
[0027] 図８を参照して、一又は複数の実施形態に従う、走査ボアサイト（照準部）を有する走査ビームディスプレイのための入力装置の図を説明する。入力システム８００の一又は複数の実施形態では、入力装置８１０は、走査ディスク８１４を含む２次元ＭＥＭＳスキャナ８１２を備え、この走査ディスク８１４は、該走査ディスク８１４の中心内に小さいボアサイト８２０を有する。該ボアサイト８２０は、ＭＥＭＳスキャナ８１２の深さ全体を貫通する孔を備え、一実施形態では、検知可能なボアサイトとして機能するように孔は約４００μｍである。このボアサイト８２０と同一線上の全ての光線は、ボアサイト８２０を貫通し、ＭＥＭＳスキャナ８１２の背部に直接的に取り付けられた光検知器８２６上を照射する。光はボアサイト８２０を通って、ＭＥＭＳスキャナ８１２の基板（例えばパイレックス（登録商標））を通って、光検知器８２６の表面上に移動する。一又は複数の実施形態では、光検知器８２６は赤外線（ＩＲ）検知器を備える。走査ディスク８１２がＸ−Ｙラスター走査パターン内で走査されると、ボアサイト８２０は異なる方向に走査され、結果として、ボアサイト８２０が整列する方向に基づいて、異なる入射光の角度が光検知器を照射するように可能になる。] 図８
[0028] ＩＲＬＥＤ８２２を備えるエミッタは、相対的に幅広のコーン８２４内に光を放射するように、ＭＥＭＳスキャナ８１２とともに使用される。コーン８２４の光の一部は、使用者の指に装着された、又は、スタイラスの端部に配置されたポイント反射器８１６に反射して、反射ビーム８１８としてＭＥＭＳスキャナ８１２に向けて光を反射する。ＭＥＭＳスキャナ８１２に対するポイント反射器８１６の位置は、ＭＥＭＳスキャナ上への反射ビーム８１８の入射角を変化させる。ＭＥＭＳスキャナ８１２の走査ミラー８１４が前後上下に走査すると、ボアサイト８２０が完全に反射器８１６に対して整列するときに、ポイント反射器８１６からの反射光ビーム８１８は、光検知器８２６により検知される。走査ミラー８１４を駆動する水平及び垂直オシレータ（発振器）の位相に関する光を光検知器８２６が検知するときを測定することにより、ポイント反射器８１６のＸ及びＹ位置情報は判定される。このような測定（対象）は、図３に対して説明した水平同期パルス３１８及び垂直同期パルス３１６からの時間遅延である。別の実施形態では、反射器８１６の代わりに、使用者の指又はスタイラス１３２上にＩＲ ＬＥＤ８２２を配置することによってＩＲ ＬＥＤ８２２を反射器の位置に移動させることができ、それによって、反射器８１６の必要性、及び、ＬＥＤ８２２がＭＥＭＳスキャナ８１２に配置される必要性をなくすことができる。] 図３
[0029] 一又は複数の実施形態では、その唯一の機能が、走査のためにボアサイト８２０を提供することであるようにＭＥＭＳスキャナ８１２は比較的小さいサイズのダイを備える。ボアサイト８２０の周りの走査ディスク８１４は、光検知器８２６をボアサイト８２０と同一線上にない光から遮蔽（シールド）する働きをする。ボアサイト８２０よりも大きいが走査ディスク８１４よりも小さい開口を有するＭＥＭＳスキャナ８１２のパイレックス（登録商標）基板の底側にマスクが取り付けられる。このような配置態様では、ボアサイト８２０と同一直線上にある光だけが光検知器８２６上に照射するように、走査ディスク８１４の直径の外側を通過する光は光検知器８２６に到達しないように遮蔽される。]
[0030] 一又は複数の実施形態では、ＭＥＭＳスキャナ８１２、エミッタ８２２及び光検知器８２６を備える入力装置８１０は、ラップトップコンピュータの下に配置されうる。ポイント反射器８１６は、指スリーブ、バンド又は同様の器具の一部として使用者の指に装着される。コーン８２４でエミッタ８２２により照射されるスペースバーの下の一般のスキャナ領域において、使用者は自身の指を前後に動かす。一又は複数の実施形態では、入力装置８１０は装着可能なコンピュータに包含されて、該入力装置８１０は使用者の指に装着されたリング上にモジュールを備える。該入力装置８１０は装着可能なコンピュータに無線式に接続されてバッテリ電力から作動可能である。]
[0031] 一又は複数の実施形態では、入力装置８１０は、装着可能なディスプレイ１００並びに装着可能なイヤホン及びマイクロホンを有する、装着可能な携帯電話の一部である装着可能なマウスとして包含されうる。このような実施形態では、ディスプレイ１００の投射イメージ１２８上に表示された番号と対話式にマウスとして作動する入力装置８１０の使用を介して、電話番号がダイアルされるので、電話本体又はハウジングの必要性はない。キーパッドのボタンの必要性がなく、液晶（ＬＣＤ）ディスプレイの必要性がなく、且つ、イヤホン及びマイクロホンの必要がないので、電話ハウジング自体の必要性がない。このような配置態様では、電話通信電子機器は、装着可能なディスプレイ１００内に位置し、装着可能な入力装置８１０は装着可能なディスプレイ１００に無線接続される。]
[0032] 入力システム８００のある実施形態では、入力装置８１０は、ＬＥＤ又はポイント反射器を含んでいなくてもよい。代わりに、上述のポイント検知器８１６によって提供される機能は、レーザポインタ又は反射器８１６によって他に占められた領域を照射する同様の装置が備えている。ボアサイト８２０がビームスポットからの反射ビームを受け取るように整列したとき、レーザポインタによって生成されたビームスポットの反射は検知器８２６によって検知されて、ビームスポットのＸ−Ｙ座標位置が判定される。さらに、図５に関して説明したように形状５１０のサイズがＺ情報をエンコードする手段と同様の手段で、ビームスポットのサイズに少なくとも部分的に基づいてＺ座標位置情報は判定される。同様に図５に関して説明したように形状５１０の角度回転が回転情報Ｗをエンコードするのと同様の手段で、レーザポインタの角度回転、即ち、ビームスポットの角度回転が検知されるように、レーザポインタによって生成されたビームスポットは形状５１０と同様の手段で形成される。しかしながら、これに関して発明主題の技術的範囲は限定されない。] 図５
[0033] 一般に、入力装置８１０は、ＭＥＭＳスキャナ８１２に対するポイント反射器８１６又は投光器のＸ及びＹ角度位置を測定する角度位置検知装置を備える。入力装置８１０の応用例は、例えば、工業制御及びロボット工学を含む。入力装置８１０は典型的なマウス方式の入力装置で移動測定値ではなく、角度測定値を得るので、むしろ、入力装置８１０は比較的大きな領域に亘って位置を検知可能である。]
[0034] 本発明はある程度詳細に説明されたが、その要素は該技術分野の当業者によって特許請求の範囲の技術的範囲から外れることなく変更可能であることを理解すべきである。イメージング機器の制御のための近接検知及び／又はそれに付随する用途の多くに関する本発明が上記説明によって理解されるであろうことを信ずるものであり、また、構成要素の形態、構造及び／又は配置において、本発明の技術的範囲から外れることなく、又は、重要な効果を犠牲にすることなく、様々な変更がなされうること、さらには、ここにおける形態は、単なる説明のための実施形態にすぎず、及び／又は、さらに、それに実質的な変更を加えることなしに、様々な変更がなされうることは明らかである。特許請求の範囲はそのような変更を包含し及び／又は含むことを意図するものである。]

权利要求:

請求項1
走査光ビームを介して所定領域上で走査プラットフォームによってラスター走査を実行するステップと、投光器で前記所定領域内の選択位置を照射するステップと、前記選択位置の座標位置を決定するように、前記所定領域内の前記選択位置の照射タイミングを、前記ラスター走査のタイミングに相関させるステップと、を含むことを特徴とする方法。
請求項2
前記照射するステップは、前記ラスター走査の前記走査プラットフォームから反射された光ビームで前記所定領域を照射することと、前記光ビームからパルスを生成することと、を含み、且つ、前記相関させるステップは、少なくとも一部は、リフレッシュフレーム、水平同期信号、垂直同期信号又はそれらの組合せに基づいて、該生成したパルスのタイミングを、前記ラスター走査のタイミングに相関させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項3
前記照射するステップは、前記ラスター走査の前記走査プラットフォームから反射された光ビームで前記所定領域を照射することと、前記所定領域から前記光ビームを反射することと、該反射光ビームを検知することと、前記反射光ビームからパルスを生成することと、を含み、且つ、前記相関させるステップは、少なくとも一部は、リフレッシュフレーム、水平同期信号、垂直同期信号又はそれらの組合せに基づいて、該生成したパルスのタイミングを、前記ラスター走査にタイミングを相関させることを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項4
前記照射するステップは、前記投光器が投射イメージに近づくに従ってより短い時間幅を有するパルスを生成し、前記投光器が前記投射イメージから離れるに従ってより長い時間幅を有するパルスを生成し、本方法は、少なくとも部分的に該生成したパルスの時間幅に基づいて前記投光器のＺ座標位置を判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
請求項5
走査光ビームを介して所定領域上で走査プラットフォームによってラスター走査を実行するための走査ビームディスプレイと、出力された該ビームによって前記所定領域内の選択位置の照射を検知するための光検知器と、前記選択位置の座標位置を判定するように、前記光検知器の照射タイミングを前記ラスター走査のタイミングに相関させるための相関回路と、を備えることを特徴とする装置。
請求項6
前記相関回路は、スタイラス内に配置され、且つ、ホスト装置、前記走査ビームディスプレイのディスプレイコントローラ、又はこれらの組合せに対して前記選択位置の座標位置を伝送するための伝送回路をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
請求項7
前記相関回路はスタイラス内に配置され、該装置は、前記ラスター走査のタイミングを前記相関回路に伝送するための発光ダイオードをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の装置。
請求項8
前記走査プラットフォームはＭＥＭＳスキャナを含み、前記出力ビームはレーザビームを含むことを特徴とする請求項５に記載の装置。
請求項9
走査光ビームを介して所定領域上で走査プラットフォームによってラスター走査を実行するための走査ビームディスプレイと、出力された該ビームによる前記所定領域内の選択位置の照射を反射するための反射器と、前記出力されたビームによる前記所定領域内の選択位置で反射された照射を検知するための光検知器と、前記選択位置の座標位置を判定するように、前記光検知器の照射タイミングを前記ラスター走査のタイミングに相関させるための相関回路と、を備えることを特徴とする装置。
請求項10
前記相関回路は、前記光検知器の出力を受け取るように結合された前記走査ビームディスプレイによりディスプレイコントローラにより実現されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
請求項11
前記走査プラットフォームはＭＥＭＳスキャナを含み、前記出力ビームはレーザビームを含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
請求項12
出力ビームのラスター走査を介して投射面上に走査ビームディスプレイでイメージを投射するステップと、該投射イメージの照射ポイントを検知することにより、及び、前記照射ポイントの照射タイミングを前記ラスター走査のタイミングに相関させることにより、前記走査ビームディスプレイの位置を判定するステップと、を含む方法。
請求項13
前記投射イメージの照射ポイントを検知することは、前記照射ポイントにて配置された反射器で前記出力ビームの反射を検知することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
請求項14
前記投射イメージの照射ポイントを検知することは、前記照射ポイントにて配置された光検知器で前記出力ビームからの前記照射ポイントの照射を検知することを含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
請求項15
別の走査ビームディスプレイから投射された別の投射イメージの位置に対して、前記走査ビームディスプレイから投射された前記投射イメージの位置を判定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。