聲學位置跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 相關申請案的交叉參考
[0002] 本申請案主張2013年9月3日申請的第14/017，185號美國非臨時申請案的優(yōu)先權， 所述申請案以全文引用的方式并入本文中。
技術領域
[0003] 本文所揭示的實施例通常是針對跟蹤聲波跟蹤系統(tǒng)中的發(fā)射裝置的位置。
【背景技術】
[0004] 基于聲學信號的位置跟蹤系統(tǒng)可與例如智能電話、平板計算機和膝上型計算機等 移動裝置一起使用。此外，基于聲學信號的位置跟蹤系統(tǒng)可與具有屏幕的基本上任何計算 裝置一起使用?；诼晫W信號的位置跟蹤系統(tǒng)的一個實例是具有聲學信號發(fā)射器的數(shù)字 筆，所述聲學信號發(fā)射器與作為計算裝置的接收器通信，其中所述數(shù)字筆用以與所述計算 裝置交互。
[0005] 常規(guī)的基于聲學信號的位置跟蹤系統(tǒng)包含發(fā)射聲學信號的發(fā)射器以及接收所發(fā) 射的信號的接收器。所述接收器測量傳播延遲，被稱作接收到的聲學信號的到達時間 ("Τ0Α"），且可使所述TOA乘以音速，以確定發(fā)射器的位置。使用多個接收器可允許三角測量 和/或另一形式的多邊測量，且用于確定兩個或甚至三個維度中的位置。使用TOA來確定位 置的跟蹤系統(tǒng)在發(fā)射裝置不與計算裝置接觸時，可具有性能限制，且具有次優(yōu)準確性。此 外，可能需要額外時序同步或音速估計功能來減輕定位誤差。

【發(fā)明內容】

[0006] 需要一種具有低電力要求，并不需要專用的同步硬件且容易在多種電子裝置中實 施的改進的聲學跟蹤系統(tǒng)。
[0007] 與一些實施例一致，提供一種聲學跟蹤系統(tǒng)。所述聲學跟蹤系統(tǒng)包含移動裝置，其 包含多個接收器，所述接收器能夠接收來自安置成相對于彼此成固定的非平面關系的至少 三個發(fā)射器中的每一者的聲學信號。所述聲學跟蹤系統(tǒng)還包含處理組件，其能夠基于所述 多個接收器處接收到的聲學信號來確定多維空間中的至少三個發(fā)射器的位置。所述聲學跟 蹤系統(tǒng)進一步包含應用程序控制器，其能夠基于所述至少三個發(fā)射器中的一或多個發(fā)射器 的所確定的位置來影響應用程序的操作。
[0008] 與一些實施例一致，本發(fā)明提供一種用于確定發(fā)射裝置的位置的方法。所述方法 包含在多個接收器處接收來自安置成相對于彼此成固定的非平面關系的至少三個發(fā)射器 中的每一者的聲學信號。所述方法還包含基于在所述多個接收器處接收到的聲學信號來確 定多維空間中的至少三個發(fā)射器的位置。所述方法進一步包含基于所述至少三個發(fā)射器中 的一或多個發(fā)射器的所確定的位置來影響應用程序的操作。
【附圖說明】
[0009] 圖1是說明與一些實施例一致的聲學跟蹤系統(tǒng)的圖。
[0010] 圖2是說明根據實施例的發(fā)射裝置的圖。
[0011] 圖3是說明根據實施例的發(fā)射裝置的傾斜角的圖。
[0012] 圖4是說明與一些實施例一致的確定發(fā)射裝置的位置的方法的流程圖。
[0013] 在圖中，具有相同名稱的元件具有相同或類似的功能。
【具體實施方式】
[0014] 在以下描述中，陳述描述某些實施例的具體細節(jié)。然而，所屬領域的技術人員將明 白，所揭示的實施例可在沒有這些具體細節(jié)中的一些或全部的情況下實踐。所呈現(xiàn)的具體 實施例意在為說明性的，而不是限制性的。本領域技術人員可認識到其他材料(盡管本文中 未具體描述)在本發(fā)明的范圍和精神內。
[0015] 圖1是說明與一些實施例一致的聲學跟蹤系統(tǒng)100的圖。如圖1中所示，聲學跟蹤系 統(tǒng)100包含位置待確定的發(fā)射裝置102,以及用于拾取發(fā)射裝置102所發(fā)射的信號的接收裝 置104。在一些實施例中，接收裝置104可為移動的，而發(fā)射裝置102是靜止的。在其它實施例 中，接收裝置104可為靜止的，而發(fā)射裝置102是移動的。接收裝置104還可為計算裝置，例如 個人計算機或移動裝置(例如膝上型計算機、移動智能電話、個人數(shù)字助理或平板計算機）。
[0016] 如圖1中所示，發(fā)射裝置102可為嵌入、包含、附接或以其它方式并入到數(shù)字筆中。 發(fā)射裝置可包含安置在數(shù)字筆上的多個發(fā)射器。盡管本文參考并入到數(shù)字筆中的發(fā)射裝置 來描述系統(tǒng)100,但其它實施例可包含并入到不同于數(shù)字筆的物體中的發(fā)射裝置。
[0017]在圖1中，發(fā)射裝置102包含發(fā)射器112、發(fā)射器114和發(fā)射器116。盡管說明三個發(fā) 射器，但具有三個以上發(fā)射器的其它實施例在本發(fā)明的范圍內。原則上，如果電力/設計復 雜性和系統(tǒng)穩(wěn)健性允許，那么三個以上發(fā)射器可安置在數(shù)字筆上。然而，來自數(shù)字筆上的鄰 近發(fā)射器的較多干擾可能產生，且可取決于模式信號設計。與理想相關特性的正交序列可 用于發(fā)射器模式設計。此外，較高數(shù)量的發(fā)射器可能破壞零平均范圍測量噪聲假定的假定， 且導致較高的噪聲和較小的位置跟蹤準確性。
[0018] 在一些實施例中，發(fā)射器112、發(fā)射器114和/或發(fā)射器116可發(fā)射聲學信號，例如超 聲波信號。發(fā)射裝置102可為包含一或多個超聲換能器以產生超聲波信號的任何合適超聲 波裝置。此外，超聲波信號可為寬帶超聲波信號。寬帶超聲波信號的信號范圍可在(例如)約 25KHz與70KHz之間變化。
[0019] 發(fā)射器112可位于數(shù)字筆的頂部附近，發(fā)射器116可位于數(shù)字筆的書寫元件118附 近，且發(fā)射器114可沿數(shù)字筆的長度位于發(fā)射器112和116之間，非常接近于書寫元件。所述 數(shù)字筆可具有一或多個開關，以及書寫元件118,其用于在表面上書寫，和/或與耦合到接收 裝置104的觸摸屏裝置交互。盡管將一個發(fā)射器說明為在數(shù)字筆的頂部附近，具有在數(shù)字筆 的頂部附近的一個以上發(fā)射器的其它實施例在本發(fā)明的范圍內。然而，在數(shù)字筆的頂部附 近的發(fā)射器的數(shù)量可基于(例如)與并入到數(shù)字筆中的其它發(fā)射器的干擾/帶寬共享/信噪 比和電力消耗而受限。此外，數(shù)字筆的長度可歸因于例如可制造性等實用原因而受限。
[0020] 接收裝置104包含多個接收器，其可接收發(fā)射器112、114和116發(fā)射的聲學信號。接 收裝置104包含接收器122、124、126和128。盡管說明四個接收器，但具有少于或多于四個接 收器的其它實施例在本發(fā)明的范圍內。接收器的數(shù)量可取決于發(fā)射器的數(shù)量。舉例來說，在 一些實施例中，接收器的數(shù)量大于發(fā)射器的數(shù)量。接收裝置104可包含任何合適的聲學接收 器，例如麥克風，且發(fā)射裝置102可將寬帶超聲波信號發(fā)射到接收裝置104上的多個麥克風。 接收器122、124、126和128可為移動位于裝置上的麥克風。
[0021] 接收裝置104還可包含處理組件132和存儲器134。在一些實施例中，處理組件132 可為一或多個處理器、中央處理單元(CPU)、圖像信號處理器（ISP)、微控制器或數(shù)字信號處 理器(DSP)、圖形處理單元(GPU)和音頻信號處理器，其可包含模擬和/或數(shù)字音頻信號處理 器。存儲器134可包含：系統(tǒng)存儲器組件，其可對應于隨機存取存儲器(RAM);內部存儲器組 件，其可對應于只讀存儲器(ROM);以及外部或靜態(tài)存儲器，其可例如對應于光學、磁性或固 態(tài)存儲器。
[0022] 存儲器134可對應于非暫時性機器可讀媒體，其包括例如軟盤、軟磁盤、硬盤、磁 帶、任何其它磁性媒體、CD-ROM、任何其它光學媒體、穿孔卡片、紙帶、具有孔洞圖案的任何 其它物理媒體、1^1、？如14?如1、？1^3^?如1、任何其它存儲器芯片或盒帶，和/或處理組 件132能夠從中讀取的任何其它媒體。
[0023] 此外，存儲器134可包含應用程序控制器142和應用程序144。處理組件132可確定 數(shù)字筆的位置，且將所確定的位置提供給應用程序控制器142。應用程序控制器142可基于 數(shù)字筆的所確定的位置來影響應用程序144的操作。在一些實施例中，數(shù)字筆的位置可為相 對于接收裝置104和/或接收器的相對坐標。應用程序144可接著使用數(shù)字筆的坐標，（例如） 確定一或多個用戶輸入。
[0024]在一些實施例中，數(shù)字筆可發(fā)射聲學信號，其可由接收裝置104檢測且由處理組件 132用來得出數(shù)字筆的位置。明確地說，處理組件132可跟蹤安置在數(shù)字筆上的發(fā)射器中的 每一者的位置。位置準確性可為數(shù)字筆的關鍵性能參數(shù)，且可取決于換能器放置、信號序列 設計和換能器聲學(例如移植和信噪比）。
[0025]安置在