聲學位置跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】
[0001 ] 相關(guān)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(quán)， 所述申請案以全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)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(shù)】
[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(nèi)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(guān)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(guān)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(jù)實施例的發(fā)射裝置的圖。
[0011] 圖3是說明根據(jù)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(shù)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(shù)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(nèi)。
[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(nèi)。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(chǎn)生，且可取決于模式信號設計。與理想相關(guān)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(chǎn)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(guān)，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(nèi)。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(nèi)。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(nèi)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(guān)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