多指示笔注释系统的制作方法

专利名称：多指示笔注释系统的制作方法
技术领域：
本申请涉及交互式注释系统，也称为交互式白板。
背景
也称为交互式白板的数字交互式注释系统在学校和公司会议室中变 得越来越普遍。交互式白板是电子白板书写表面一一种例如在群体演示情 况如教学中可电子地捕获指示设备一电子指示笔(stylus)的位置、因而 电子地捕获书写的注释捕获和记录系统。指示笔在这里意指这样的指示设 备。交互式白板一般但不一定包括或联接到计算机。这样的交互式白板设 计成允许与计算机显示器的交互作用。虽然交互式白板最普通地用在教室 中，但在工作场所中例如办公室中或在厂区中日益增多地看到其使用。这 样的交互式白板一般以三种方式之一使用1)捕获写在书写表面上的注 释；2)控制例如点击和拖拽和/或标出(批注)显示在触摸表面上或后的 计算机产生的图像；和/或3 )操作被装到所连接的PC上的任何软件，包 括通过网络浏览器访问互联网。
一般当前的交互式白板只允许一次操作一个指示笔。而且，当前的交 互式白板系统的工作区的尺寸被限制为例如大约2.5米乘1.5米。
7附图的简要说明


图1示出当前的交互式白板系统的一个实施方式。
图2示出用在交互式白板系统中的指示笔的一个实施方式。
图3示出根据本发明的实施方式联合操作的接收子系统、指示笔和控 制器的示例性实施方式。
图4示出本发明的实施方式的屏幕布置，其允许多个指示笔在同一工 作区上同时工作。
图5示出在本发明的实施方式中操作的接收子系统的简化结构图。
图6示出信令的一个形式，其在这里称为基本的时分多址(TDMA) 信令并用在本发明的实施方式中。
图7示出信令的一个形式，其在这里称为偏移交错TDMA (OI-TDMA)信令并用在本发明的实施方式中。
图8示出信令的 一个形式，其在这里称为轮询TDMA ( PL-TDMA ) 信令并用在本发明的实施方式中。
图9示出本发明的一个方法的实施方式的简化流程图。
示例性实施方式的描述 概述
这里描述了 一种方法、 一种软件产品例如作为在一个或多个可触知媒 体(tangiblemedia)上编码的逻辑、以及用于笔划捕获和检索的装置，该装 置与注释捕获和记录系统工作，该注释捕获和记录系统在这里称为交互式 白板系统，其可同时使用几个活动的指示笔操作，和/或可使用多个面板 形成，例如平面屏幕显示器或投影显示器，以形成大工作区。
一个实施方式包括一种装置，该装置包括表面和一个或多个接收子系 统，每个接收子系统相对于表面放置在相应的一组选定位置处。选定位置界定表面上的工作区。每个接收子系统包括电磁信号传感器，其操作来当 一个或多个指示笔在工作区中操作时从所述一个或多个指示笔接收电磁 信号。每个指示笔包括电源、超声能发射器、至少一个电磁信号发射器和 电磁信号的传感器。每个接收子系统还包括电磁能信号发射器，其操作来 当一个或多个指示笔在工作区中操作时向所述一个或多个指示笔发送电 磁信号。每个接收子系统也包括至少一个超声信号传感器，其操作来当一 个或多个指示笔在工作区中操作时从所述一个或多个指示笔接收超声信 号。在接收子系统包括至少两个超声信号传感器且所述装置只使用 一个接 收子系统操作的情况下，接收子系统的信号传感器中的两个或更多个具有 预定的或可确定的彼此之间的空间关系。在每个接收子系统只包括一个超 声信号传感器的情况下，所述装置包括两个或更多个接收子系统，其各自 的超声信号传感器具有预定的或可确定的彼此之间的空间关系。所述装置 进一步包括至少一个控制器，其联接到所述一个或多个接收子系统，并结 合所述一个或多个接收子系统操作以产生对指示笔的发射的协调，以及结 合所述一个或多个接收子系统操作以当 一个或多个指示笔在工作区中操 作时确定所述一个或多个指示笔在工作区中的位置，使得多个指示笔可同 时在工作区中操作。
一个实施方式包括一种方法，该方法包括当 一个或多个指示笔在界定 在一表面上的工作区中时从所述一个或多个指示笔接收电磁信号。每个指 示笔包括指示笔顶端、电源、超声能发射器、至少一个电磁信号发射器和 电磁信号的接收器。每个指示笔在工作区中时发射超声波并使用电磁信号 通信。该方法还包括当一个或多个指示笔在工作区中时接收从指示笔发射 的超声信号，所述接收在两个或更多个超声信号传感器处进行，所述至少 两个超声信号传感器具有预定的彼此之间的空间关系。该方法进一步包括 当 一个或多个指示笔在工作区中操作时确定所述一个或多个指示笔在工 作区中的位置。所述一个或多个指示笔的超声波的发射被协调，使得多个 指示笔可在工作区中同时操作。
一个实施方式包括编码在一个或多个可触知^ 某体上的逻辑，该逻辑在 被一个或多个处理器执行时操作来实施一种方法，该方法包括当一个或多个指示笔在界定在一表面上的工作区中时从指示笔接收电磁信号。每个指 示笔包括指示笔顶端、电源、超声能发射器、至少一个电磁信号发射器和 电磁信号的接收器。每个指示笔在工作区中时发射超声波并使用电磁信号 通信。该方法还包括当一个或多个指示笔在工作区中时接收从指示笔发射 的超声信号，所述接收在两个或更多个超声信号传感器处进行，所述至少 两个超声信号传感器具有预定的彼此之间的空间关系。该方法进一步包括 当一个或多个指示笔在工作区中操作时确定所述一个或多个指示笔在工 作区中的位置。所述一个或多个指示笔的超声波的发射被协调，使得多个 指示笔可在工作区中同时操作。
特定的实施方式可提供这些方面、特征或优点中的全部、 一些或零个。 特定的实施方式可提供一个或多个其它方面、特征或优点，其中的一个或 多个从这里的附图、描述和权利要求中对本领域技术人员来说可能是容易 明白的。
艾互式白我的类型
一般，交互式白板使用几种可能的机制之一连接到计算机通过有线 连接例如USB或一些其它串口电缆，或无线地，例如使用标准无线链接 技术如蓝牙。通常，设备驱动软件(白板驱动器)被装到附属计算机上。 当计算机开启时，白板驱动器自动启动，且一旦驱动器运行，交互式白板 就变成活动的。驱动器将与交互式白板的接触转换成鼠标点击或所谓的 "数字墨水"，其才艮据对指示笔的移动而显示注释。
当前的交互式白板系统使用用于在工作区上跟踪指示笔的位置的6 种不同技术中的一种或多种电磁(也称为感应)能、电阻信息位置确定、 红外光学通信位置确定、基于激光器的位置确定、超声位置确定和基于光 学摄像机的位置确定。
在典型的电阻系统中，两个导电性薄板被小的丙酮层分离。当指示笔 接触工作区时，传导表面在接触点处因表面变形而被迫使触接，以便产生 电接触。薄板中的电阻变化建立触接的(X,Y)位置。 一般电阻系统具有 软性书写表面，并允许人在白板上使用手指、白板笔或有尖头的设备。一般感应(电磁)系统在板后有电线的阵列，该板能够与指示笔顶端 的顶端内的线圈进行交互作用，以确定指示笔的(X,Y)坐标。在这样的 系统中操作的指示笔可能是有源的，需要电池或连接到白板的电线。用于 感应(电磁)系统的无源的指示笔也是已知的，且这些改变由板产生的电 信号，但不包含电源。感应(电磁)系统一般具有没有移动部分的硬书写 表面。电磁优于电阻系统的优点包括增加的牢固性、在书写时手腕或手可 自然搁在白板上的事实以及非常高的准确性水平。
在典型的基于激光器的系统中，红外激光器位于白板的每个上角处。 激光束扫过白板表面，非常像灯塔的光束扫过海洋。指示笔上的反射器将
激光束反射回源，且可对(X,Y)位置进行三角测量。该技术一般有通常 在钢表面上的硬陶瓷，其有最长的寿命且擦得最干净。记号笔和指示笔是 无源的，但必须有反射带来工作。不能使用触接。
在光学和红外系统中，当指示笔按压在白板表面上时，指示笔检测到 红外光。软件接着操纵信息以对记号笔或指示笔的位置进行三角测量。该 技术允许白板由任何材料制成。
本发明的实施方式在结合射频例如红外线来使用超声波的系统中操作。
图1示出使用超声波和红外线的交互式白板系统的结构图。在图1 的系统的该最初描述中，假定一次只有一个指示笔操作。白板系统包括接 收子系统121，接收子系统121包括多个传感器，并被放置在表面123的 外围的固定的已知位置处。系统包括接口 149例如USB接口，以将多个 传感器121与计算机131通过接口连接。计算机131包括存储器129和接 口例如USB接口 127，以从接收子系统121接受信号，以及包括显示器 133。
在一个实施方式中，接收子系统121包括其间具有已知的空间关系的 至少两个超声传感器。图1示出多个接收子系统121的形式，其具有两个 超声^r测器141、 143和一个红外传感器145,机械构件147建立传感器 之间的空间关系。4妾收子系统在表面上形成工作区151,该表面在本实施 方式中为表面123。系统包括控制器lll,其连接到接收子系统121的传
ii感器141、 143、 145,且包括位置确定功能。该控制器111结合传感器提
供位置确定功能来确定指示笔in在工作区i5i中的位置，特别是指示笔
117的顶端125的位置。
图2更详细地示出指示笔117的一个实施方式。在一个实施方式中， 指示笔117呈白板记号笔的形式，且顶端是标记顶端。在另一实施方式中， 指对作为平面屏幕显示器例如LCD或等离子显示器或投影屏幕的表面 123的情况操作，顶端不需要被标记，且显示设备或投影仪可绘制由顶端 产生的任何"标记"，作为控制器111的位置确定功能在顶端移动时确定 顶端的位置的结果。图2的实施方式包括发射器205,以当指示笔在工作 区中时发射可由接收子系统检测的能量。在一个形式中，当顶端125使用 例如开关被压在表面123上时，发射器205发射可由超声检测器141、 143 检测的 一组超声脉冲，该开关被示为连接到指示笔的主体201的开关203 。 图2示出的指示笔的实施方式117也包括红外发射器207,其在顶端125 压在表面123上时操作来发射可由接收子系统121的红外传感器145检测 的红外脉沖。红外脉冲与超声脉冲同步。
在标记形式中，指示笔例如图2示出的指示笔呈白板笔例如包含电子 元件的套筒以及可填充到套筒的现货供应的白板笔的形式。对不同的颜色 有单独的套筒，且这些发送编码数据，以便位置确定装置可确定指示笔的 颜色。而且，每个指示笔具有开关，该开关通过对表面施加压力而打开或 关闭指示笔。我们将此称为指示笔向上和指示笔向下事件。在标记形式中， 也使用擦除设备(擦除器)，其具有预定的尺寸，以便位置确定装置可根 据擦除器的预定尺寸的位置知道擦除什么。
指示笔的一个实施方式进一步包括一个或多个按钮209，每个按钮都 有开关。当压下按钮且指示笔在工作区中时，发射器205发射与被压下的 按钮有关的特定形式的能量。本发明的一个方面是按钮的功能可以是可编 程的，例如鼠标设备的左或右按钮。因此，本发明的一个方面是，指示笔 的按钮可接着以与例如计算机的鼠标或其它指示笔的不同按钮相同的方 式提供各种可选的功能。
指示笔117的发射器205所发射的信号可被调制或数字编码，以标识特定的指示笔功能，例如指示笔代表一种颜色或另一种的标记设备，或指 示笔代表擦除器，或指示笔是代表绘制细线还是粗线的标记设备，或指示
笔中的按钮209是否在功能上与鼠标的左或右按钮相同，等等。
指示笔117的一个形式具有几乎不能汲取任何功率的低功率状态。调 用任何按钮将该状态移到活动状态，并进一步提供哪个按钮被调用的指 示。这样的指示笔如何操作和被构造的细节见美国专利7,221,355。
再次参考图1,当操作时，控制器111的位置确定功能能够确定指示 笔117在工作区中的位置。
假定指示笔117中的红外发射器所发射的脉沖比超声脉冲传播快得 多，例如"瞬间"。红外接收器145接收的红外脉沖和超声检测器141、 143接收的超声脉沖被记录在控制器111的位置确定功能中。在一个实施 方式中，控制器111的位置确定功能的操作包括数字化信号和确定脉冲的 到达时间。控制器111的位置确定功能根据在两个超声检测器位置的到达 时间来计算指示笔顶端的位置。时间参考由红外接收器产生。在一个实施 方式中，该计算依赖于所接收的脉沖的波形的准确记录。
在不同的实施方式中，接收子系统/位置确定装置的发射接口 149和 PC的匹配接收接口 127使用不同的通信机制。在一个实施方式中，PC的 接收接口和接收子系统/位置确定装置的匹配发射器149分别包括用于其 间无线通信的无线接收器和无线发射器。一个形式使用蓝牙无线技术一在 这里也称为"蓝牙标准"。蓝牙设计成在IO米范围内代替计算设备和通信 i殳备之间的电缆。见www.bluetooth.com和www.bluetooth.org。 另 一实施 方式使用有线技术，使得有线接收器和接收子系统的匹配发射器149分别 包括使用有线连接在其间进行通信的有线接收器和有线发射器。
因此，在超声和红外系统中，当被按压到白板表面或以另外方式激活 时，记号笔或指示笔发送以超声脉冲形式的超声信号和以红外脉冲形式的 红外光。两个超声传感器一通常为换能器一接收声音并测量声音到达时间 中的差异，并在一个形式中，对记号笔或指示笔的位置进行三角测量。
交互式白板可具有有效表面，其不仅捕获注释，而且完全模拟PC上的软件的操作，例如显示、弹出、提示、超链接和鼠标定位，以便它们克 服触敏电阻板的限制，触敏电阻板被限制到打开/关闭行为。当与活动的 板表面联接时，白板笔也提供通常用在数字内容和程序中的鼠标右点击功 能。这意味着它们可像笔一样书写并像鼠标一样控制。
当与计算机显示器结合时，交互式白板可作为正投系统和背投系统操 作。正投白板具有在白板前面的视频投影仪。来自主要制造商的在短投射 投影系统中的最近改进极大地减少了阴影效应。 一些制造商也提供升高和 降低显示器的选择，以适应不同高度的用户。活动的扫描笔也可从电磁板 的一些制造商得到，以提供合并成一体的指示和书写设备。
背投白板投影仪位于白板后面，使得没有阴影出现。背投白板也是有 利的，因为演示者在对观众说话时不必看着投影仪光。
一个形式使用如这里所述的LCD显示器。
多个措示皂
本发明的实施方式允许多个指示笔使用时域多址(TDMA )信令技术
使用不同的TDMA技术。
假定单个指示笔系统可覆盖大约2.5X1.5米。 一个形式覆盖具有面积 为大约2.5N米X1.5米的实质上平坦的表面，并允许多个指示笔在表面上 同时操作，N表示整数(N4,2,3...)。
在不限制一般性的情况下，这里描述的一个特定的实施方式允许多达 4个的指示笔在具有大约140英寸对角线的实质上平坦的矩形表面上同时 操作。
对于一次使用多个指示笔操作的这里所述的本发明的实施方式包括 在图1和2中描述的系统的特征，包括超声脉冲对位置确定的使用。由每 个指示笔发出的超声脉冲在一个实施方式中在40kHz的谐振频率处。在 一个实施方式中，脉冲由指示笔以每秒大约70次的速率发射。这些信令 频率不是限制性的，且可选的实施方式对超声波使用其它频率以及还有其 它重复率。本发明的一个实施方式呈包括表面和一个或多个接收子系统的装置 的形式，每个子系统放置在表面上相应的一组选定位置处。接收子系统的
位置选"t奪成界定表面上适当的工作区。
图3示出示例性接收子系统300、示例性控制器360和示例性指示笔 320。每个这样的接收子系统300包括电磁信号传感器、电磁能信号发射 器和至少一个超声信号传感器，当一个或多个指示笔在工作区中操作时，
电磁信号传感器例如与电子元件相关的红外接收器311操作来从所述一 个或多个指示笔接收电》兹信号，例如红外信号，当一个或多个指示笔在工 作区中操作时，电磁能信号发射器例如红外信号发射器311操作来将电磁 信号如红外信号发送到所述一个或多个指示笔，以及当一个或多个指示笔 在工作区中操作时，至少一个超声信号传感器操作来从所述一个或多个指 示笔接收超声信号。两个超声信号传感器303和305在图3所示的接收子 系统中示出。
在一个实施方式中，超声信号传感器303和305包括超声换能器，其 不仅操作来接收超声信号，而且在发射模式中操作来发射超声信号。换能 器在接收子系统相互确定其相对位置的校准模式期间在这样的发射模式 中操作。
在一个实施方式中，装置只使用一个接收子系统操作。在这样的情况 下，接收子系统包括两个超声传感器303、 305。接收子系统300的两个 超声信号传感器303和305有预定的空间关系，例如通过如图1所示的系 统中的才几械《连接件而联接。
在一个实施方式中，每个接收子系统只包括单个超声传感器，且两个 或更多个这样的接收子系统需要确定位置。所述两个或更多个这样的接收 子系统的各自的超声接收器在其间具有可确定的空间关系，例如通过校准 来确定。
因此，在接收子系统包括至少两个超声信号传感器且装置只使用 一个 接收子系统操作的情况下，接收子系统的两个或更多个信号传感器具有预 定的或可确定的彼此之间的空间关系。在每个接收子系统只包括一个超声 信号传感器的情况下，装置包括两个或更多个接收子系统，其各自的超声信号传感器具有预定的或可确定的彼此之间的空间关系。
在图3中，IR表示红外线，而US表示超声波。
每个示例性接收子系统包括至少一个端口 ，以将接收子系统联接到控 制器360。示例性接收子系统300包括两个端口 307和309,其将接收子 系统联接到两个控制器，使得多个控制器可使用相同的接收器子系统操 作。该共享允许电子元件的共享。
一个示例性控制器360在图3中示出，并包括可编程的处理器361 例如DSP设备、存储器363、电源365、接口 367、包括信号强度检测电 路的信号接收调节电路369、以及用于接收子系统的超声波和电磁能信号 发射器的驱动电路371。控制器进一步包括至少一个端口 ，其使控制器360 能够联接到至少一个接收子系统。在所示示例性实施方式中，控制器360 包括两个端口 377和379，以便单个控制器360可为两个接收子系统提供 控制功能。在可选实施方式中，每个接收子系统只有一个专用控制器。在 又一实施方式中，单个控制器用于所有的接收子系统。
图3也示出示例性指示笔320。每个指示笔320包括顶端321、包括 至少一个电池的电源323、至少一个超声能量发射器325、至少一个电磁 信号发射器例如红外信号发射器327、以及电磁信号的接收器，例如在红 外信号的情况下与电子元件相关的红外接收器329。每个指示笔320进一 步包括至少一个指示笔传感器331，其具有操作来检测指示笔顶端到表面 的接近度的相关电路。在使用刚性表面操作的一个实施方式中，指示笔传 感器331包括连接到指示笔的顶端321的开关，以便顶端331按压在表面 上使检测信号形成。在另一实施方式中，指示笔传感器331充当接近度检 测器并包括红外发射器和接收器，红外发射器和接收器一起操作来发射红 外信号并检测任何反射信号的计时，使得检测信号在顶端足够接近于表面 时形成。每个指示笔320进一步包括包含指示笔接收传感器调节电路的指 示笔控制电路333、微控制器系统335、电源管理电路337以及超声波和 电磁能信号发射器的驱动电路339。
在一个实施方式中，指示笔320包括一个或多个按钮，如图2的指示 笔中的按钮。
16控制器360的存储器363包括指令373，当指令373被处理器361执 行时，实施控制功能，包括当控制器联接到接收子系统时，结合一个或多 个接收子系统来产生通过指示笔的发射的协调，并当 一个或多个指示笔在 工作区中操作时，进一步结合一个或多个接收子系统来确定所述一个或多 个指示笔在工作区中的位置，以便多个指示笔可在工作区中同时操作。
位置确定包括指示笔坐标计算。这样的位置确定类似于在超声和红外 白板系统中使用的位置确定的其它已知方法，并且是本领域中的技术人员 所知道的，所以这里不进一步描述如何确定坐标的细节。本领域普通技术 人员应熟悉这样的方法。对于本领域的新人，见例如Wood等人共同拥有 的关于一个实施方式如何计算坐标的美国专利6,335,723，其在这里通过 引用被并入。在本发明的一些实施方式中，在美国专利6,335,723中描述 的指示笔被更改，使得它是具有无标记顶端的指示设备(指示笔)。
在一个实施方式中，协调包括例如使用指示笔传感器/接近度检测器 从工作区内的每个指示笔接收信息，以及指示每个指示笔发射红外和超声 信号，包括何时至少发射超声信号，以便多个指示笔可同时操作。
虽然在一个实施方式中，在接收子系统和指示笔之间传递的电磁能呈 红外能的形式，使得每个指示笔包括操作来从一个或多个接收子系统接收 红外信号的红外接收器和操作来将红外信号发送到一个或多个接收子系 统的红外发射器，但在可选的实施方式中，可选或另外使用其它形式的电 磁能。 一个实施方式使用射频信号。在又一实施方式中，单独地或结合另 一形式的电磁能信令来使用可见波长范围内的光能。
在一个实施方式中，表面是由多个平面屏幕显示器组成的实质上平坦 的表面。在一个这样的实施方式中，使用多个接收子系统，使得工作区能 够比一个接收子系统的通信范围所限制的工作区大。图4示出包括本发明 的实施方式的电子白板装置，且其中表面由多个LCD面板组成，这些面 板一起可显示相对大的图像。在该实施方式中，屏幕装置包括由50英寸 对角线16:9LCD面板401到406构成的LCD面板的3x2阵列，包括上 LCD面板401-403和下LCD面板404-406。为了覆盖这样的大表面，一 个实施方式包括6个超声/红外接收子系统411-416,其每个都类似于图3的接收子系统300。在图4所示的实施方式中，控制器功能由4个模块化 的子控制器和一个主控制接口板407 (—个主控制和接口 )的组合提供， 这些子控制器在本例中是DSP子系统421到424,每个都类似于示例性 控制器360,且主控制接口板407协调整个系统的操作。
在一个实施方式中，上LCD面板的3个接收子系统411-413被沿着 上LCD面板401-403的顶部均匀定位并对齐，以及下LCD面板的3个接 收子系统414-416沿着下LCD面板404-406的底部均匀对齐，以最大大 约8英尺(大约2.5m)间隔开。
在一个实施方式中，每个接收子系统411-416的至少一个超声传感器 包括超声换能器，其在电子白板的正常操作期间作为接收器操作，并且在 校准模式期间也作为超声能发射器操作。每个接收子系统411 -416也包括 操作来接收红外信号的红外接收器，红外信号包括由每个指示笔发射的红 外脉冲。
在一个实施方式中，每个接收子系统411-416包括可连接到DSP板 421 -424中的 一个或两个DSP板的两个端口 。根据接收子系统中的哪个被 联接，每个DSP板421-424操作来联接在工作表面的顶部或底部上对齐 的4妻收器端口中的两个相应的相邻端口 。
每个指示笔类似于图3的指示笔320,并被分配在这里称为指示笔ID 的唯一标识符。
操作
在一个实施方式中，白板装置的总协调由主控制接口板407管理。每 个接收子系统联接到至少一个DSP板，且所有的DSP板都联接到主控制 接口板407。在另一实施方式中，对所有接收子系统只有一个控制器，且 该控制器包括主控制接口板407的功能。
在下面的描述中，控制器意指相关的DSP板连同主控制接口板407。 如何设计逻辑电if各，包括如何给可编程元件编程来执行逻辑功能以产生主 控制接口板407以及DSP板的操作，容易根据这里提供的功能描述来理 解，所以它在这里只在这样的功能描述中被描述，以便不使创造性特征不明确。所提供的信息足够详细，以使本领域的普通技术人员能够设计和建 立装置，并实施本发明方法。
主控制接口板407在一个实施方式中操作来确定操作的笔的数量并 协调多个指示笔的操作。在一个实施方式中，这样的协调包括使每个接收 子系统的红外发射器广播可由任何接收指示笔使用的信标信号，以对超声 波和红外线的发射计时并允许多个指示笔同时操作。在一个实施方式中， 这样的协调包括为指示笔分配进行发射的时隙，以-便多个指示笔可在同一
工作区中同时#:作。
当指示笔320最初接触表面或与表面靠得足够近时，如电子指示笔 320的指示笔传感器/接近度检测器331所检测的，指示笔发送将由一个 或多个接收子系统的各自红外接收器接收的红外数据包，以开始与接收子 系统和控制器的最初协商，以便接收子系统和控制器可向指示笔发送指 令，以发射将实现位置确定的红外和超声脉冲。这些指令包括关于何时发 送红外和超声脉沖的信息，以使多个指示笔能够在工作区中同时操作。
当例如在硬标记表面的情况下笔从表面的接触脱离或从表面附近移 开时，笔向上信号由红外发射器327发送，并由一个或多个接收子系统 411-416的各自的红外接收器接收。
在一个实施方式中，主控制接口板407操作来根据特定指示笔的位置 为特定指示笔分配负责该特定指示笔的接收子系统411-416中的接收子系统。
特定的DSP411在一个实施方式中揭:作来从主控制接口板407接收同 步信号，以将同步信号分程传递到一个或多个指示笔，接受从特定的接收 子系统接收的红外和超声信号作为特定指示笔发射的结果，并根据从该特 定指示笔接收的红外和超声信号产生该特定指示笔的指示笔坐标。
主控制接口板407操作来从各个DSP板421-424接收一个或多个指 示笔的坐标，并处理这些以形成编码的指示笔行为的列表。我们将这样的 处理称为"转换"，且这些包括笔向上、笔向下等。主控制接口板407用 作所有DSP板的信号接口 。
19在一个实施方式中，主控制接口板407包括至少一个接口，以将主控 制接口板407连4姿到主一几计算机系统409。在一个实施方式中，主控制接 口板407包括USB接口 。在另 一实施方式中，主控制接口板407包括例 如使用蓝牙的无线接口。在另一实施方式中，主控制接口板407包括网络 接口，例如以太网接口。主控制接口板的一个实施方式包括所有3种类型 的接口 。主控制接口板操作来将白板系统连接到主机计算机系统409。又 一实施方式使用专有非标准接口 。
主机系统409可为膝上型或其它计算机、或个人数字助理、"智能" 电话、智能相框、数字媒体播放器或包括显示器和处理器的任何系统。
在一个实施方式中，主机系统409具有显示器接口 ，其可驱动组成表 面的多个平板显示器401-406。
图9示出本发明的方法的实施方式800的简化流程图，并包括在步 骤903中，当一个或多个指示笔在表面上界定的工作区中时，接收来自指 示笔的电磁信号。每个指示笔如上所述。该方法还包括在步骤905中， 当一个或多个指示笔在工作区中时，接收从指示笔发射的超声信号，该接 收在两个或更多个超声信号传感器处，例如接收子系统中的至少两个超声 信号传感器。因此，所述至少两个超声信号传感器具有预定的彼此之间的 空间关系。该方法进一步包括在步骤907中，当一个或多个指示笔在工 作区中才喿作时，确定所述一个或多个指示笔在工作区中的位置。该方法包 括协调通过所述一个或多个指示笔的超声波的发射，以便多个指示笔可在 工作区中同时操作。
在图3所示的部件的可触知媒体中编码的逻辑在被所示处理器执行 时实现该方法的 一个形式。
使用特定指示笔的个别信息信号
考虑特定指示笔。在与特定指示笔协商之后，负责该特定指示笔的接 收子系统操作来通过接收子系统的红外发射器之间的红外链接将特定指 示笔的指示笔信息数据包发送到特定指示笔的红外接收器，以指示指示笔何时开始发射。
在一个实施方式中，从接收子系统到特定指示笔的红外信息的数据包 呈给信息数据包编码的二进制调制红外脉沖的形式。
在一个实施方式中，信息的数据包包括
■分配给指示笔的指示笔ID,即，指示笔的地址。
■关于指示笔何时开始发射超声波(和红外脉冲)以用于位置确 定的指示笔的计时信息。在一个实施方式中，计时信息被设置 为从数据包的开头计算的时间单位的延迟，例如包括在指示笔 中的时钟的时钟单位的延迟。
■数据包标识符。
■误差4全测的CRC。
可选实施方式包括包含或多或少项的信息的数据包。
在指示笔处，特定指示笔操作来检测数据包的开头，例如在指示笔处 的被接收的信号强度中产生的上升。特定指示笔进一步操作来确定信息数 据包中信息的项，并检查CRC，以便确定数据包是否被成功接收。
在数据包被成功接收的情况下，指示笔操作来确认接收成功。在一个 实施方式中，通过特定指示笔使用相应的红外和超声发射器在指定的时间 发射的红外和超声波脉沖来隐式确认成功接收。红外脉沖在一个实施方式 中包括特定指示笔的指示笔标识符、数据包标识符，数据包标识符使所接 收的接收子系统/控制器组合能够确定哪个数据包被确认。
一个实施方式包:fe明确的否定确iU肖息(NAK),其由例如由于中断 的发射、CRC错误等而没有正确接收到信息的数据包的接收指示笔使用 红外线发送。
在一个或多个接收子系统处，从每个指示笔(包括特定指示笔)接收 红外信息的相应的红外接收器和相应的DSP板操作来确定在接收子系统 的红外接收器处所接收的每个红外数据包的数据的开头，因而形成开始计 时信号。每个红外接收器也操作来从一个或多个指示笔接收信息数据包信号，以便包括例如指示笔ID等信息。 信标信号的使用
虽然一个实施方式包括特定指示笔的个别信息信号的使用，在实施方
式中，每个接收子系统411-416的红外发射器操作来广播用于广播同步信 号的信标信号。每个指示笔操作来接收同步信号，以便在工作区内操作的 指示笔都被同步。主控制接口板407操作来产生这样的同步信号，并将它 们提供给一个或多个所联接的DSP子系统，其又联接到接收子系统。
特定的DSP板操作来从主控制接口板407接收同步信号，以分程传 递红外广播信号、接受从特定的接收子系统接收的红外和超声信号作为特 定指示笔发射的结果，并根据从该特定指示笔接收的红外和超声信号产生 特定指示笔的指示笔坐标。
主控制接口板407操作来从各个DSP板421-424接收一个或多个指 示笔的坐标，并处理这些以形成编码的指示笔行为的列表。我们将这样的 处理称为"转换"，且这些包括笔向上、笔向下等。主控制接口板407用 作所有DSP板的信号接口 。
图5示出接收子系统例如411的筒化结构图，并且还显示主机计算机 407,其包括主控制接口板407和DSP板421 -424以及接收子系统4U-416 之间的USB通信链接。在该实施方式中，每个接收子系统如图3所示， 包括用于接收超声信号的包括换能器以及相关电子元件的单个超声传感 器、用于接收红外信号的红外接收器311以及相关电子元件，以及与用于 产生红外信号的红外发射器313以及相关电子元件。接收子系统连接到具 有图3所示结构的DSP板421,因而在一个实施方式中包括处理器361, 其为DSP设备。子系统的超声传感器连接到信号调节器361,例如滤波 器和放大器。信号调节器的输出被模数转换器数字化，并通过端口例如 DSP设备(处理器)361的串口来输入。DSP设备361具有例如通过总线 子系统连接到DSP设备361的处理元件的DSP存储器363。注意，虽然 各种处理元件例如乘加单元、通用逻辑单元等在图5和图3中被示为单个 处理器361，本领域技术人员应理解，这并不表示在DSP设备361中只 有单个处理元件。
22在该实施方式中，每个DSP板联接到两个接收子系统，其各自的超 声传感器位于已知的或通过校准确定的相对位置。
而且，虽然本发明的实施方式使用一个或多个DSP设备，但本领域 技术人员应清楚，具有充足的处理能力的任何处理器例如一个或多个微处
理器都可代替DSP设备，或可选地，可使用可编程的或甚至硬线逻辑。
在一个实施方式中，接收子系统包括一些电子元件。在一个实施方式 中，子系统的红外传感器也连接到信号调节器，其输出连接到模数转换器， 且红外传感器进一步操作来检测信号强度。双向开关最初将红外信号调节 器的输出连接到其模数转换器。当红外信号被检测到时，开关将超声信号 调节器的输出连接到其模数转换器，使得在超声信号到达的时候，被数字 化的所接收的超声脉冲通过串口被输入到DSP板。
虽然接收子系统的一个实施方式将数字化的接收的超声信号连同时 间信息和关于指示笔上任何按钮的状态的任何信息发送到DSP板，例如 板424,用于进一步的处理，但图5所示的实施方式包括在DSP设备363 处使用时间信息对数字化的接收的超声脉沖进行处理，以确定超声脉冲相 对于红外信号的到达时间的到达时间。该信息连同关于指示笔117上任何 按钮的状态的信息被发送到DSP板421,用于进一步的处理。
连接到DSP设备361的、可包括内置的DSP存储器和多个存储器例 如额外的静态RAM的存储器363在一个实施方式中存储程序，以使 DSP363中的处理元件执行处理，以接收、存储和处理数字化坐标并将处 理的结果发送到主机计算机409 。
主控制接口板409包括以USB集线器接口的形式的一个或多个接口 以及单个接口，并在这里示出。主控制接口板407能够通过所包括的接口 中的一个或另一个连接到主机409，并在图5中被示为通过有线连接来连 接到主机计算机409。无线连接也是可能的。主控制接口板409包括处理 器511和存储器513。存储器包括指令533,当指令533被处理器511执 行时，实现这里描述的主控制接口板功能。
主机计算机409的实施方式在图5中以筒化形式示出，并包括标准部件例如处理器(CPU) 531、存储器129、以一个或多个硬盘驱动器533 形式的存储器、光盘设备535例如CD驱动器和/或DVD驱动器、USB 接口 127、显示器133、网络接口 537等。在一个实施方式中，计算机547 通过网络545连接到服务器541。例如， 一种形式包括用于连接到服务器 541所连接到的无线局域网的无线网络接口 539。计算机409的元件通过 总线子系统543连接，为了简单起见，总线子系统543在图5中被示为简 单的总线。
在一个实施方式中，发送到计算机的信息呈A、 B非标准化坐标的形 式和关于指示笔的类型例如颜色的信号。校准在计算机中被分开地执行， 以将非标准化A、 B坐标转换为工作区域中的x、 y坐标。此外，事件例 如信号指示笔向上和指示笔向下的事件被发送。这样的事件作为(penup、
时间戳)被提供，其中penup是指示笔向上事件，而时间戳是该事件出现 的时间的指示。以((A, B)、笔类型、误差)的形式提供A、 B坐标， 其中笔类型指示颜色或指示笔是否是擦除器，等等。注意，在一个实施方 式中，擦除器被视为擦除其坐标周围的区域的特殊类型的指示笔，使得对 于擦除器的情况，擦除区域也被发送。例如按压指示笔上的一个或多个按 钮的事件也被发送。因此，在校准之后，计算机接受指示笔向下事件和指 示笔向上事件，其间有表示连续线的一串坐标。
假定一对接收子系统的工作区的最大尺寸为2.5m x 1.5m，表示为T 的超声波行进时间的最坏情况是
T=D/V=[(1.5A2+2.5A2) A(l/2)/344=8.5ms。
在一个实施方式中，特定指示笔的位置确定包括使用多个接收子系统 确定位置，以为指示笔产生冗余的一组位置，使得位置可从冗余组确定。 这提供了误差校正和容错。而且，如在其它地方描述的，这也提供三维而 不是仅仅二维的位置确定。
在一个实施方式中，位置确定包括识别特定指示笔的直接到达超声信 号，并将这样的信号从来自一个或多个其它指示笔的超声信号分离开。通 过接收子系统的超声传感器捕获在緩冲器中的超声信号包括来自所关注 的特定指示笔的信号和可能来自其它不需要的指示笔的一个或多个信号，这样的其它信号具有不同的到达时间。 一种位置确定方法包括检测所关注 的信号的位置，并减去不需要的信号。 一种这样的方法实施方式包括确定 来自前面捕获的所需信号和不需要的信号的位置，根据早些时候捕获的跟 踪点的确定的速度将预先选择的半径应用于所需信号和不需要的信号位 置，确定所需信号和不需要的信号的更新的位置，根据确定的不需要的信 号位置减去不需要的信号以产生较干净的信号，并使用较干净的信号来计 算在长打球中的所需信号位置。
J^77)M^系銃
本发明的实施方式包括时域多址(TDMA)信令，其允许多个指示笔 在同一工作区中操作。
在一个实施方式中，每个接收子系统不时地，例如在主控制接口板的 控制下周期性地广播信标信号。根据行进时间计算 一 最长行进时间为 8.5ms,在一个实施方式中发明人选择每隔10ms广播。 一个实施方式包 括对每个不同的指示笔分配特定的时隙，且广播包括对每个相应的活动指 示笔的指令，以在它们被分配的时隙的相应的一个时隙处发射其超声波 (以及在一个实施方式中，发送其红外信号)。在这样的实施方式中，每 个广播表示新时隙的开始，并包括哪个指示笔将要发射的指示。
对于在这里称为"基本TDMA系统"的系统中的这样的信令，图6 示出在接收子系统接收的信号的一个形式。所示信号是在接收子系统 411-416的特定一个处的信号。回想起每个指示笔被分配表示指示笔的唯 一代码，例如在4个指示笔的情况下的唯一编码的指示笔号码如1、 2、 3 和4。图6示出在指示笔被调用，例如被按压到工作区内的工作表面或在 接近度检测的情况下被检测到接近表面之后从接收子系统发送和接收的 信号，指示笔操作来感测任何同步信号，例如在主控制接口板407的协调 下由一个或多个接收子系统发射的信标。仅为了举例说明的目的，同步数 据包以简单表示的方式被示为一组脉沖，并且不是红外信号的准确描述。 1R表示红外线，而US表示超声波。
假定对于该例子，指示笔l被分配第一时隙，而指示笔2被分配第二时隙。每个指示笔以40ms的周期来周期性地发射，即，活动指示笔的数 量乘以广^"周期的时间。
帧意指对所有时隙的时间，在这种情况下是40ms。
第一指示笔接收广播信标，识别同步信号为用于其自身的，并通过将 红外脉冲发送回接收子系统而确认接收。在某个足够延迟以为处理留出时 间之后，指示笔结合它发送的用于位置确定的肯定应答红外脉冲来发送待 检测的超声脉冲。图6示出在接收子系统的红外传感器处和一个超声传感 器处接收的来自第一指示笔的两次发射。
接收子系统结合其DSP板操作来确定指示笔是操作的，
通过在被单独发送的同步数据包之后接收验证来自指示笔的这样的 红外线的肯定应答，并通过根据以后到达的超声信号执行位置确定来计算 出各个指示笔位置。
偏移爻错7DM4 (0/層7DM4)
可选的实施方式减小了超声干扰的可能性，例如被一个在前的指示笔 发送的超声信号可能花费额外的行进时间来到达，例如通过从一些结构如 墙壁弹回，并恰巧与来自被分配了另 一时隙例如下一时隙的另 一工作指示 笔的超声波大约同时到达传感器。在可选的实施方式中，从信标同步的接 收到指示笔发射其超声波的时间的延迟随着时间的过去而变化，使得从一 个指示笔到下一指示笔的这样的延迟不时地根据已知的时间模式变化。
也就是说，在每个连续的时隙中每次指示笔发射之间的计时从一个帧 到另一帧变化。
图7示出在这里称为"偏移交错TDMA (OI-TDMA)系统"的一个 这样的TDMA布置中的信令。在一个实施方式中，使用两个不同类型的 帧，其表示偶("e")帧和奇("o")帧。被发送到接收子系统的同步红外 数据包包括标识符，以为接收指示笔提供是使用偶延迟时间还是奇延迟时 间来发送其超声脉沖的指示。在奇帧期间，奇数时隙，因而笔标识符具有 与偶数时隙因而偶数笔标识符不同的与同步接收的延迟。工作的指示笔使 用预定的不同超声计时偏移响应，该偏移被示为Tx-奇和Tx-偶，取决于
26所接收的同步信号是指示它是奇帧时间还是偶帧时间。
交错的偏移有效地重新配置来自干扰指示笔的超声脉冲的计时，以减 小冲突的机会。
当然，不同的实施方式以很多方法实现这样的方案。在一个实施方式 中，主计时和接口板操作来使接收子系统在不同的帧处将不同的延迟发送 到不同的指示笔，以便随后的帧对不同的笔有不同的超声发射时间，以减 小干扰的可能性。
这样的交错偏移不只限于两种类型的帧。不同的实施方式使用很多不 同的帧，或具有不同的计时差异的帧，这些计时差异例如遵循某个已知的 序列来使接收子系统能够结合控制器来确定位置。
这样的OI-TDMA方法以更复杂的指示笔的代价增加了耐用性，这种 指示笔不仅需要检测同步信号，而且也需要对帧数和与帧相关的计时解 码。
图8示出在这里被称为"轮询TDMA" ("PL-TDMA")的系统中的 信令的一个形式。在使用轮询TDMA的一个实施方式中，时隙的长度根 据同时在工作区中活动的指示笔的数量动态地配置。
在由Ts(i),i^,2，…表示的时隙期间， 一个或多个指示笔中的一个指示 笔是活动的。为了说明的目的，假定指示笔1在i表示的时间，因而在 Ts(i)表示的时隙期间操作并活动。假定在该时隙，指示笔2被激活，例如 其指示笔传感器被激活，使得指示笔2通过在图8中表示为"请求"的红 外脉沖将激活数据包发送到接收子系统，以被一个或多个接收子系统接 收。 一旦接收子系统接收到请求，且请求被正确地处理，指示笔2就添加 到活动指示笔的列表，并且被控制器知道。根据被更改以适应两个指示笔 的新计时方案，控制器结合一个或多个接收子系统不仅不时地轮询指示笔 1,而且轮询指示笔2。
某个时间以后，指示笔2离开工作区。这也在图8中示出。作为结果， 指示笔2通过在其红外接收器与一个或多个接收子系统中的红外发射器之间形成的红外链接来发送停止活动(sign-off)信号。接收子系统结合 控制器操作来从活动指示笔的列表移除指示笔2。作为结果，计时被布置 成使得指示笔2不再被轮询。
在图8的例子中，指示笔1在工作区中一直操作，而指示笔2只通过 短暂地发送一个唯一的超声信号来加入列表。
PL-TDMA可根据在使用中的笔的数量和从笔到接收子系统的距离 通过改变轮询时间表来有效地避免超声信号沖突，该距离由接收子系统的 位置确定功能结合控制器确定。
工作模式
在一个实施方式中，电子白板装置包括多个模式。在位置模式中，接 收子系统结合控制器甚至对多个同时操作的指示笔提供上述位置确定功能。
在一个实施方式中，在至少一些接收子系统的每个接收子系统中的超 声换能器连接到发射电子元件，并在这里称为校准模式的模式中搡作，以 发射红外线和超声波,使得一个或多个其它接收子系统结合控制器可确定 相对于所述一个或多个其它接收子系统发射的接收子系统的位置。
在这样的模式中，例如通过该接收子系统在预定位置例如表面的左上 角而知道接收子系统之一的位置。接着在校准模式期间确定其它接收子系 统的位置。
在主控制接口板407的控制下，通过主控制接口板407指示DSP板 进入校准模式来实施进入校准模式。
又一实施方式包括在这里称为悬停模式的模式，其中指示笔不是活动 的，但仍然发射待由一个或多个接收子系统接收的红外线和超声波，以便 其位置可被大致确定。在悬停模式中，所确定的位置精确度比在活动模式 中时低。例如，这允许来自主机计算机409中应用程序的鼠标跟随悬停模 式的指示笔的大致位置。
在一个实施方式中，每个指示笔320的指示笔鼠标331操作来指示该指示笔何时进入悬停模式。进入悬停模式的指示笔操作来通过其红外接收 器与 一个或多个接收子系统中的红外发射器之间的红外链接来将这样的 模式通知一个或多个接收子系统。在悬停模式中的一个实施方式中，通过 调节特定指示笔在悬停模式中发射超声信号的脉冲的频繁度来减小功率 消耗。在另一实施方式中，在悬停模式中，同样或可选地降低发射功率。
在另一实施方式中，三维位置确定用于确定指示笔进入指示笔模式。 在这样的实施方式中， 一个或多个接收子系统结合控制器指示该指示笔进 入悬停模式，包括调节其发射功率和/或调节特定指示笔在悬停模式中发 射超声信号的脉冲的频繁度。
功率控制
一个实施方式包括功率控制，其中控制器结合与多个指示笔通信的一 个或多个接收子系统操作来实施功率控制，包括确定来自特定指示笔的红 外和/或超声发射中的一个或两个信号的信号强度，以及将控制指令发送 到特定指示笔以调节功率和/或调节特定指示笔发射超声信号的脉沖的频 繁度，以减小功率消耗。这允许指示笔动态地调节位置确定所需要的功率。
功率控制是期望的，因为在近距离处，较低的超声振幅和/或较低功 率的红外信号对因饱和而在系统中产生非线性提供较d、的可能性，提供较 少的功率消耗因而提供较长的电池寿命，以及来自周围环境的较低的可能 干扰系统的操作的反射信号。
在一个实施方式中，信号强度计算应用于特定指示笔和接收子系统之 间的红外通信。在一个实施方式中，信号强度计算应用于从特定指示笔到 接收子系统的超声波。在另一实施方式中，信号强度计算应用于特定指示 笔和接收子系统之间的红外通信以及从特定指示笔到接收子系统的超声波。
功率控制使用从接收子系统到特定指示笔的红外链接。
措示笔到措示笔適倌
一个实施方式包括通过第一指示笔的红外发射器和第二指示笔的红
29外接收器之间的红外链接的指示笔到指示笔通信。在一个这样的实施方式 中，接收子系统并不是对一个或多个指示笔何时发送的消息唯一协调器， 第一指示笔可将一个或多个消息从接收子系统分程传递到一个或多个其它指示笔，包括例如根据TDMA方案这样的其它指示笔何时发射。在一 个这样的实施方式中，当确定了一个或多个指示笔在有问题的位置时，例 如从该位置，红外信号不能被正确地接收或信号不能被正确地确认，则另 一指示笔对这些指示笔用作中继，否则很难到达指示这些指示笔。考虑这样的操作的一个例子。回想起每个指示笔的绝对位置对系统例 如主控制和接口 407是已知的。如果接收器到特定指示笔的信号没有被正 确地确认，则主控制和接口 407操作来确定接近于该特定指示笔的一个或 多个其它指示笔，并通过被确定为接近于该特定指示笔的一个或多个这样 的指示笔为特定指示笔发射同步信号连同分程发送同步信号的指令。光学检测器再次参考图3,接收子系统300的一个实施方式包括以摄像机形式的 光学传感器。接收子系统300操作来选^奪摄像机视图，并将信息传递到控 制器，例如结合主控制和接口 407的DSP板。控制器操作来例如通过图 像处理而确定区域中指示笔的数量。在一个实施方式中，控制器也操作来 使用来自接收子系统中 一个或多个摄像机的信息确定笔的大致位置，并将 对特定笔的位置确定分配到特定的接收子系统。在一个实施方式中，使用 来自摄像机的信息确定的笔的数量用于确定TDMA计时，如上在其它地 方描述的。非乎面或非刚性表面注意，虽然附图显示实质上平坦的工作表面，但本发明不限于这样的 工作区。例如，工作区可由非刚性的表面形成，例如上面被投影的图像的 投影屏。用于在这样的实施方式中搡作的一个指示笔包括接近度传感器/ 接近度检测器331,其检测指示笔何时在工作表面附近。可选地或另外， 指示笔包括手动开关，其可在位置要被确定和/或待执行的某个其它功能 被指示时由用户触发。作为另一例子，工作区可通过自由空间中的"虚拟表面"形成，该"虚 拟表面，，可以是非平面的。用于操作在这样的可能非平面实施方式中的一 个指示笔包括手动开关，其可在位置要被确定时由用户触发。三维检测一个实施方式包括三维位置确定。这样的实施方式用于三维表面。确 定三维位置是使用发射点的三角测量、使用在多于两个超声传感器处的超 声传感器的定位二维位置的延伸，这些超声传感器的位置在三维中是公知的。在包括多个接收子系统的一个实施方式中，图4示出其中的例子，每 个活动指示笔被至少两个接收子系统跟踪。每个接收子系统结合其DSP 板操作来报告特定发射指示笔沿着圓的可能位置。假定两个接收子系统结 合其各自的DSP板跟踪指示笔并报告两个相应的圓。两个圓在两个点处 相交，其中一个在表面的前面，另一个在后面。三维位置被选择为表面前 面的交叉点。三维位置确定也提供确定指示笔的顶端到表面的接近度的可选方法。 因此，例如，在一个实施方式中，是否进入活动模式的确定使用三维位置 确定。在包括悬停模式的一个实施方式中，特定指示笔是否进入悬停模式 的确定包括确定特定指示笔在三维中的位置。从这里提供的描述来看，如何扩展这里的描述以包括三维位置确定对 本领域普通技术人员来讲是简单的。除非另外明确指出，否则如从下面的讨论中明显的，应认识到，在整 个说明书讨论中利用术语如"processing (处理)，，、"computing (计算)"、 "calculating (计算)"、"determining (确定)"等来指计算机或计算系统 或类似电子计算设备的行动和/或过程，其将表示为物理量例如电子量的 数据操作和/或转换为类似地表示为物理量的其它数据。以类似的方式，术语"处理器"可指任何设备或设备的部分，其处理 来自例如寄存器和/或存储器的电子数据，以将该电子数据转换成可储存 在寄存器和/或存储器中的其它电子数据。"计算机"或"计算机器"或"计算平台"可包括一个或多个处理器。在一个实施方式中，这里描述的方法可由一个或多个处理器执行，这 些处理器接受计算机可读(也称为机器可读)指令，这些指令在被一个或 多个处理器执行时实现这里所述的至少一个方法。能够执行采取特定的行 动的一组指令(顺序地或以其他方式地)的任何处理器被包括。因此，一 个例子是包括一个或多个处理器的一般处理系统。每个处理器可包括 CPU、图形处理单元和可编程DSP单元中的一个或多个。处理系统可进一步包括存储器子系统，其包括主RAM和/或静态RAM和/或ROM。可 包括用于在部件之间通信的总线子系统。处理系统可进一步为使用由网络 连接的处理器的分布式处理系统。如果处理系统需要显示器，则这样的显 示器可被包括进来，例如液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT)显示 器。如果需要手工数据输入，则处理系统也包括输入设备，例如一个或多 个字母数字单元，例如键盘、指示控制设备例如鼠标等。如果从上下文来看是清楚的且除非另外明确指出，术语"存储单元"也包括存储系统例如 磁盘驱动单元。在一些配置中的处理系统可包括声音输出设备和网络接口 设备。存储器子系统因此包括计算机可读媒体，在该媒体上是编码指令， 例如软件，当该软件其被一个或多个处理器执行时，引起这里所述的一个 或多个方法的执行。注意，当方法包括几个元素例如步骤时，这样的元素 的顺序没有被暗示，除非明确指出。指令可驻留在磁盘中，或也可在其中 计算机系统的执行期间完全或至少部分地驻留在RAM内和/或处理器内。 因此，存储器和处理器也组成计算机可读媒体，指令在该媒体上被编码。 因此， 一个实施方式呈在一个或多个可触知媒体上编码的逻辑的形式，当 该逻辑被一个或多个处理器执行时操作来执行这里所述的任何方法。而且，计算机可读媒体可形成或包括在计算机程序产品中。注意，虽然一些附图只示出单个处理器和承载计算机可读代码的单个 存储器，本领域技术人员应理解，上面描述的很多部件可被包括，但没有 被明确示出或描述，以便不使本发明的方面含糊。例如，虽然只示出单个 机器，术语"机器"应被理解为包括机器的任何集合，其个别地或联合地 执行一组(或多组)指令，以实现这里讨论的一种或多种方法中的任何一32个。因此，这里描述的方法中的每个的实施方式呈计算机可读媒体的形 式，在该媒体上是在一个或多个处理器上执行的编码指令，例如作为指示 笔笔划捕获系统所联接到的计算机的部分的 一 个或多个处理器上执行的 编码指令。因此，如本领域技术人员应认识到的，本发明的实施方式可体现为方法、诸如专用装置的装置、诸如数据处理系统的装置、或计算机可 读载体媒体例如计算机程序产品。因此，本发明的方面可采取方法、整个硬件实施方式、整个软件实施方式或合并软件和硬件方面的实施方式的形 式。而且，本发明可采取其上有用于处理系统的编码指令的媒体的形式， 例如在计算机可读存储媒体上的计算机程序产品。在整个说明书中"一个实施方式"或"实施方式"的提及意指结合实 施方式描述的特定的特征、结构或特点包括在本发明的至少一个实施方式 中。因此，在整个说明书中不同地方的短语"一个实施方式"或"实施方 式"的出现不一定都指同一实施方式，而是有可能指同一实施方式。而且， 在一个或多个实施方式中特定的特征、结构或特点可用任何适当的方式合 并，这从本公开中对本领域的普通技术人员明显的。类似地，应认识到，在本发明的示例性实施方式的上面描述中，为了 简化本公开并帮助理解各种创造性方面中的一个或多个的目的，本发明的 各种特征有时在单个实施方式、附图或其描述中被分组在一起。然而，本 公开方法不应被解释为反映一种意图，即，所要求权利的发明需要比在每 个权利要求中明确陈述的更多的特征。更确切地，如下面的权利要求反映 的，创造性方面在于少于单个前述公开的实施方式的所有特征。因此，在 详细描述之后的权利要求由此被明确地合并到该详细描述中，每个权利要 求作为本发明的单独的实施方式独立地保持有效。而且，虽然这里描述的一些实施方式包括一些特征但没有包括在其它 实施方式中的其它特征，但不同实施方式的特征的组合预定在本发明的范 围内，并形成不同的实施方式，如本领域技术人员应理解的。例如，在下 面的实施方式中，所要求权利的实施方式中的任何一个可使用在任何组合 中。而且，一些实施方式在这里被描述为可由计算机系统的处理器或由执 行功能的其它装置实现的方法或方法的元素的组合。因此，具有用于执行 这样的方法或方法的元素的必要指令的处理器形成用于执行方法或方法 的元素的装置。而且，为了实现本发明的目的，这里描述的装置实施方式 的元件是用于执行功能的装置的例子，该功能由该元件执行。在这里提供的描述中，阐述了很多特定的细节。然而，应理解，本发 明的实施方式可在没有这些特定细节的情况下实践。在其它实例中，公知 的方法、结构和技术已被详细示出，以便不使本描述的理解含糊。如这里使用的，除非另外说明，描述一般物体的序数形容词"第一"、 "第二"、"第三"等仅仅指示相似物体的不同实例被提到，且不是用来暗 示这样描述的物体必须处在时间上的、在空间上、按等级或以任何其它方 式的给定的序列中。这里引用的所有的公布、专利和专利申请由此通过引用被并入。 技术是被广泛了解的、或被公开了解的或形成本领域中 一般知识的部分。在下面的权利要求和这里的描述中，术语"comprising (包括)"、 "comprised"或"whichcomprises"中的任何一个是开放术语，其意指至 少包括跟随的元件/特征，但不排除其它元件/特征。因此，术语"comprising (包括)"当用在权利要求中时，不应被解释为限于其后列出的装置、元 件或步骤。例如包括A和B的设备的表达的范围不应被限制到仅包括元 件A和B的设备。如这里j吏用的术语"induding(包括)"或"what includes" 或"that includes"中的任何一个也是开放术语，其也意指至少包括跟随 该术语的元件/特征，但不排除其它元件/特征。因此，"including"与 "comprising" 同义并意4旨"comprising"。类似地，应注意，在权利要求中使用的术语"coupled (联接)"不应 被解释为仅限于直接连接。可使用术语"coupled (联接)"和"connected (连接)"连同其派生词。应理解，这些术语并不意指彼此是同义字。因 此，设备A联接到设备B的表达的范围不应限于其中设备A的输出直接连接到设备B的输入的设备或系统。它意味着在A的输出和B的输入之间存在一条路径，其可能为包括其它设备或装置的路径。"coupled"可意指两个或更多个元件处于直接的物理或电子接触，或两个或更多个元件彼 此不处于直接接触但仍然彼此协作或交互作用。因此，虽然描述了被认为是本发明的优选实施方式的内容，本领域技 术人员应认识到，可对其进行其它和进一步的更改，而不偏离本发明的实 质，且意图是要求所有这样的改变和更改都落在本发明的范围内。例如， 上面给出的任何公式仅仅是可使用的程序的表示。可添加功能或从结构图 删除功能，且在功能块中可交换操作。可对在本发明的范围内描述的方法 添加步骤或删除步骤。
权利要求
1.一种装置，包括表面；一个或多个接收子系统，每个接收子系统相对于所述表面放置在相应的一组选定位置处，所述选定位置界定所述表面上的工作区，每个接收子系统包括电磁信号传感器，其操作来当一个或多个指示笔在所述工作区中操作时从所述一个或多个指示笔接收电磁信号，每个指示笔包括指示笔顶端、电源、超声能发射器、至少一个电磁信号发射器，以及电磁信号的接收器，电磁能信号发射器，其操作来当一个或多个指示笔在所述工作区中操作时向所述一个或多个指示笔发送电磁信号，至少一个超声信号传感器，其操作来当所述一个或多个指示笔在所述工作区中操作时从所述一个或多个指示笔接收超声信号，其中，在所述接收子系统包括至少两个超声信号传感器且所述装置只使用一个接收子系统操作的情况下，所述接收子系统的所述信号传感器中的两个或更多个具有预定的或可确定的彼此之间的空间关系，其中，在所述接收子系统只包括一个超声信号传感器的情况下，所述装置包括两个或更多个所述接收子系统，所述两个或更多个所述接收子系统的各自的超声信号传感器具有预定的或可确定的彼此之间的空间关系；以及至少一个控制器，其联接到所述一个或多个接收子系统，并结合所述一个或多个接收子系统操作以产生对所述指示笔的发射的协调，以及结合所述一个或多个接收子系统操作以当所述一个或多个指示笔在所述工作区中操作时确定所述一个或多个指示笔在所述工作区中的位置，使得多个指示笔可同时在所述工作区中操作。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述协调包括从在所述工作区中 的每个指示笔接收信息，以及指示每个指示笔发射红外信号和超声信号， 包括何时至少发射所述超声信号，使得多个指示笔能够同时操作。
3. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个接收 子系统包括多个接收子系统，使得所述工作区能够比由一个接收子系统的 通信范围所限制的工作区大。
4. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器包括一个 或多个模块化的控制子系统,每个模块化的控制子系统联接到一个或多个 接收子系统。
5. 如权利要求3所述的装置，其中所述控制器进一步包括联接到所 述一个或多个控制器子系统的主控制器。
6. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器操作来确 定在所述工作区中操作的笔的数量。
7. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述协调包括使每个 接收子系统的电磁能发射器广播信标信号，所述信标信号可由任何接收指 示笔使用来对所述接收指示笔的超声波的发射进行计时，以允许多个指示 笔同时操作。
8. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述协调包括允许多 个指示笔在同 一工作区中操作的时域多址信令。
9. 如权利要求8所述的装置，其中所述协调包括为每个不同的指示 笔分配特定的时隙，以及指示每个相应的活动指示笔在其被分配的时隙中 的相应时隙处发射其超声信号。
10. 如权利要求8所述的装置，其中所述协调使得从时隙开始到指示 笔发射超声波的时刻的延迟基于某个已知的时间模式不时变化，以减小超 声干扰的可能性。
11. 如权利要求8所述的装置，其中所述协调使得在各个连续的时隙中每个指示笔进行发射的时刻间的计时从一个帧到另 一帧变化。
12. 如权利要求8所述的装置，其中所述协调使得时隙的长度根据在 所述工作区中同时活动的指示笔的数量而被动态地配置。
13. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中每个超声传感器使用 超声换能器，且其中在至少一些接收子系统中的至少一个超声换能器联接 到发射电子元件，并在校准模式中操作来发射红外线和超声波，使得一个 或多个其它接收子系统结合所述控制器能够确定相对于所述其它一个或 多个接收子系统进行发射的接收子系统的位置。
14. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器结合与特 定指示笔通信的所述一个或多个接收子系统操作来执行对所述特定指示 笔的功率控制。
15. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器结合所述 一个或多个接收子系统和多个指示笔通过第 一指示笔的电磁能信号发射 器和第二指示笔的电磁能信号发射器之间的电磁能信号链接而包括指示笔到指示笔通信功能。
16. 如权利要求15所述的装置，其中第一指示笔能够将一个或多个 消息从接收子系统分程传递到一个或多个其它指示笔，所述消息包括这样 的其它指示笔何时发射用于位置确定的超声波。
17. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述一个或多个接收 子系统包括光学传感器。
18. 如权利要求17所述的装置，其中所述控制器可操作来使用来自 相应的接收子系统的一个或多个相应的光学传感器的信息来确定在所述 工作区中的指示笔的数量。
19. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述位置确定包括三 维位置确定。
20. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述控制器结合所述 一个或多个接收子系统操作来确定一特定指示笔是否在悬停模式中。
21. 如权利要求20所述的装置，其中对悬停模式中的指示笔的位置 确定的准确性比所述指示笔在所述工作区中活动时的位置确定的准确性低。
22. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中对一特定指示笔的所 述位置确定包括使用多个接收子系统来确定位置，以为所述指示笔产生冗 余的一组位置。
23. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中位置确定包括识别一 特定指示笔的直接到达的超声信号，以及将这样的直接到达的超声信号从 来自 一个或多个其它指示笔的超声信号分开。
24. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中指示笔进一步包括操 作来检测所述指示笔顶端到所述表面的接近度的指示笔传感器。
25. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中用于每个接收子系统 和指示笔之间的通信的电^兹能呈红外能的形式。
26. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中用于每个接收子系统 和指示笔之间的通信的电磁能呈射频能的形式。
27. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述表面是实质上平 坦的表面。
28. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述表面是非刚性的 表面。
29. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述表面是由联接到 主机计算机系统的多个平面屏幕显示器组成的实质上平坦的表面，所述控 制器联接到所述主机计算机系统。
30. 如权利要求1到26中任一项所述的装置，其中所述工作区沿着 预定的三维表面。
31. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中至少一个控制器包括 可联接接收子系统的多个端口 ，以便所迷端口的数量可超过所述接收子系 统的数量，以允许更多的接收子系统联接到所述控制器，以便扩展最大捕获尺寸。
32. —种方法，包括当一个或多个指示笔在界定在一表面上的工作区中时，从所述指示笔 接收电石兹信号，每个指示笔包括指示笔顶端、电源、超声能发射器、至少 一个电磁信号发射器和至少一个电磁信号接收器，工作区中的每个指示笔 发射超声波并使用电磁信号通信，当一个或多个指示笔在所述工作区中操作时从所述一个或多个指示 笔接收超声信号，所述接收在两个或更多个超声信号传感器处进行，所述 至少两个超声信号传感器具有预定的或可确定的彼此之间的空间关系；以 及当所述一个或多个指示笔在所述工作区中操作时确定所述一个或多 个指示笔在所述工作区中的位置；其中，对所述一个或多个指示笔的超声波的发射进行协调，使得多个 指示笔可在所述工作区中同时操作。
33. 如权利要求32所述的方法，其中所述协调使用电磁能信号。
34. 如权利要求32到33中任一项所述的方法，其中所述协调包括从 在所述工作区中的每个指示笔接收信息，以及指示每个指示笔发射红外信 号和超声信号，包括何时至少发射所述超声信号，使得多个指示笔能够同 时操作。
35. 如权利要求32到34中任一项所述的方法，其中所述协调包括广 播信标信号，所述信标信号可由任何接收指示笔使用来对所述接收指示笔 的超声波的发射进行计时，来允许多个指示笔同时操作。
36. 如权利要求32到35中任一项所述的方法，其中所述协调包括允 许多个指示笔在同 一工作区中操作的时域多址信令。
37. —种逻辑，其编码在一个或多个可触知々某体上，所述逻辑在被一 个或多个处理器执行时操作来实施如权利要求32到36中的任一项所述的 方法。
全文摘要
一种方法、一种软件产品，例如作为在一个或多个可触知媒体上编码的逻辑、以及用于笔划捕获和检索的装置，该装置与注释捕获和记录系统工作，该注释捕获和记录系统可同时使用几个活动的指示笔操作，和/或可使用多个面板，例如平面屏幕显示器或投影显示器而形成，以形成大工作区。
文档编号G06F3/033GK101578568SQ200880001631
公开日2009年11月11日 申请日期2008年1月2日 优先权日2007年1月3日
发明者耀 丁, 弗莱德里克·N·希尔, 拉斐尔·霍兹曼, 雅各布·哈瑞尔 申请人:路迪亚公司