声学位置跟踪系统的制作方法
【专利说明】
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002] 本申请案主张2013年9月3日申请的第14/017，185号美国非临时申请案的优先权， 所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本文所揭示的实施例通常是针对跟踪声波跟踪系统中的发射装置的位置。
【背景技术】
[0004] 基于声学信号的位置跟踪系统可与例如智能电话、平板计算机和膝上型计算机等 移动装置一起使用。此外，基于声学信号的位置跟踪系统可与具有屏幕的基本上任何计算 装置一起使用。基于声学信号的位置跟踪系统的一个实例是具有声学信号发射器的数字 笔，所述声学信号发射器与作为计算装置的接收器通信，其中所述数字笔用以与所述计算 装置交互。
[0005] 常规的基于声学信号的位置跟踪系统包含发射声学信号的发射器以及接收所发 射的信号的接收器。所述接收器测量传播延迟，被称作接收到的声学信号的到达时间 ("Τ0Α"），且可使所述TOA乘以音速，以确定发射器的位置。使用多个接收器可允许三角测量 和/或另一形式的多边测量，且用于确定两个或甚至三个维度中的位置。使用TOA来确定位 置的跟踪系统在发射装置不与计算装置接触时，可具有性能限制，且具有次优准确性。此 外，可能需要额外时序同步或音速估计功能来减轻定位误差。
【发明内容】
[0006] 需要一种具有低电力要求，并不需要专用的同步硬件且容易在多种电子装置中实 施的改进的声学跟踪系统。
[0007] 与一些实施例一致，提供一种声学跟踪系统。所述声学跟踪系统包含移动装置，其 包含多个接收器，所述接收器能够接收来自安置成相对于彼此成固定的非平面关系的至少 三个发射器中的每一者的声学信号。所述声学跟踪系统还包含处理组件，其能够基于所述 多个接收器处接收到的声学信号来确定多维空间中的至少三个发射器的位置。所述声学跟 踪系统进一步包含应用程序控制器，其能够基于所述至少三个发射器中的一或多个发射器 的所确定的位置来影响应用程序的操作。
[0008] 与一些实施例一致，本发明提供一种用于确定发射装置的位置的方法。所述方法 包含在多个接收器处接收来自安置成相对于彼此成固定的非平面关系的至少三个发射器 中的每一者的声学信号。所述方法还包含基于在所述多个接收器处接收到的声学信号来确 定多维空间中的至少三个发射器的位置。所述方法进一步包含基于所述至少三个发射器中 的一或多个发射器的所确定的位置来影响应用程序的操作。
【附图说明】
[0009] 图1是说明与一些实施例一致的声学跟踪系统的图。
[0010] 图2是说明根据实施例的发射装置的图。
[0011] 图3是说明根据实施例的发射装置的倾斜角的图。
[0012] 图4是说明与一些实施例一致的确定发射装置的位置的方法的流程图。
[0013] 在图中，具有相同名称的元件具有相同或类似的功能。
【具体实施方式】
[0014] 在以下描述中，陈述描述某些实施例的具体细节。然而，所属领域的技术人员将明 白，所揭示的实施例可在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实践。所呈现的具体 实施例意在为说明性的，而不是限制性的。本领域技术人员可认识到其他材料(尽管本文中 未具体描述)在本发明的范围和精神内。
[0015] 图1是说明与一些实施例一致的声学跟踪系统100的图。如图1中所示，声学跟踪系 统100包含位置待确定的发射装置102,以及用于拾取发射装置102所发射的信号的接收装 置104。在一些实施例中，接收装置104可为移动的，而发射装置102是静止的。在其它实施例 中，接收装置104可为静止的，而发射装置102是移动的。接收装置104还可为计算装置，例如 个人计算机或移动装置(例如膝上型计算机、移动智能电话、个人数字助理或平板计算机）。
[0016] 如图1中所示，发射装置102可为嵌入、包含、附接或以其它方式并入到数字笔中。 发射装置可包含安置在数字笔上的多个发射器。尽管本文参考并入到数字笔中的发射装置 来描述系统100,但其它实施例可包含并入到不同于数字笔的物体中的发射装置。
[0017]在图1中，发射装置102包含发射器112、发射器114和发射器116。尽管说明三个发 射器，但具有三个以上发射器的其它实施例在本发明的范围内。原则上，如果电力/设计复 杂性和系统稳健性允许，那么三个以上发射器可安置在数字笔上。然而，来自数字笔上的邻 近发射器的较多干扰可能产生，且可取决于模式信号设计。与理想相关特性的正交序列可 用于发射器模式设计。此外，较高数量的发射器可能破坏零平均范围测量噪声假定的假定， 且导致较高的噪声和较小的位置跟踪准确性。
[0018] 在一些实施例中，发射器112、发射器114和/或发射器116可发射声学信号，例如超 声波信号。发射装置102可为包含一或多个超声换能器以产生超声波信号的任何合适超声 波装置。此外，超声波信号可为宽带超声波信号。宽带超声波信号的信号范围可在(例如)约 25KHz与70KHz之间变化。
[0019] 发射器112可位于数字笔的顶部附近，发射器116可位于数字笔的书写元件118附 近，且发射器114可沿数字笔的长度位于发射器112和116之间，非常接近于书写元件。所述 数字笔可具有一或多个开关，以及书写元件118,其用于在表面上书写，和/或与耦合到接收 装置104的触摸屏装置交互。尽管将一个发射器说明为在数字笔的顶部附近，具有在数字笔 的顶部附近的一个以上发射器的其它实施例在本发明的范围内。然而，在数字笔的顶部附 近的发射器的数量可基于(例如)与并入到数字笔中的其它发射器的干扰/带宽共享/信噪 比和电力消耗而受限。此外，数字笔的长度可归因于例如可制造性等实用原因而受限。
[0020] 接收装置104包含多个接收器，其可接收发射器112、114和116发射的声学信号。接 收装置104包含接收器122、124、126和128。尽管说明四个接收器，但具有少于或多于四个接 收器的其它实施例在本发明的范围内。接收器的数量可取决于发射器的数量。举例来说，在 一些实施例中，接收器的数量大于发射器的数量。接收装置104可包含任何合适的声学接收 器，例如麦克风，且发射装置102可将宽带超声波信号发射到接收装置104上的多个麦克风。 接收器122、124、126和128可为移动位于装置上的麦克风。
[0021] 接收装置104还可包含处理组件132和存储器134。在一些实施例中，处理组件132 可为一或多个处理器、中央处理单元(CPU)、图像信号处理器（ISP)、微控制器或数字信号处 理器(DSP)、图形处理单元(GPU)和音频信号处理器，其可包含模拟和/或数字音频信号处理 器。存储器134可包含：系统存储器组件，其可对应于随机存取存储器(RAM);内部存储器组 件，其可对应于只读存储器(ROM);以及外部或静态存储器，其可例如对应于光学、磁性或固 态存储器。
[0022] 存储器134可对应于非暂时性机器可读媒体，其包括例如软盘、软磁盘、硬盘、磁 带、任何其它磁性媒体、CD-ROM、任何其它光学媒体、穿孔卡片、纸带、具有孔洞图案的任何 其它物理媒体、1^1、？如14?如1、？1^3^?如1、任何其它存储器芯片或盒带，和/或处理组 件132能够从中读取的任何其它媒体。
[0023] 此外，存储器134可包含应用程序控制器142和应用程序144。处理组件132可确定 数字笔的位置，且将所确定的位置提供给应用程序控制器142。应用程序控制器142可基于 数字笔的所确定的位置来影响应用程序144的操作。在一些实施例中，数字笔的位置可为相 对于接收装置104和/或接收器的相对坐标。应用程序144可接着使用数字笔的坐标，（例如） 确定一或多个用户输入。
[0024]在一些实施例中，数字笔可发射声学信号，其可由接收装置104检测且由处理组件 132用来得出数字笔的位置。明确地说，处理组件132可跟踪安置在数字笔上的发射器中的 每一者的位置。位置准确性可为数字笔的关键性能参数，且可取决于换能器放置、信号序列 设计和换能器声学(例如移植和信噪比）。
[0025]安置在