CN101971122B

CN101971122B - 超声数字化仪和主机

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Publication number: CN101971122B
Application number: CN2009801079198A
Authority: CN
Inventors: N·阿尔特曼; M·阿加西; V·威尼布兰; M·科卡雷夫; M·肖尔-哈哈姆
Original assignee: Epos Development Ltd
Current assignee: Qualcomm Polytron Technologies Inc.; Qualcomm Inc
Priority date: 2008-01-03
Filing date: 2009-01-04
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-01-04
Also published as: US8604365B2; WO2009083993A3; JP2011508927A; EP3246795A1; JP5705548B2; KR101591488B1; CA2711046A1; AU2009203158A1; NZ586806A; US20110015893A1; AU2009203158B2; EP2240844A2; CN101971122A; WO2009083993A2; US20140049519A1; ZA201004811B; KR20100103618A; WO2009083993A9

Abstract

计算系统包括处理器和内部外围设备，以及将所述内部外围设备连接到所述处理器的系统总线。所述内部外围设备中的一个是超声数字化仪，其将来自至少两个关联的麦克风的超声信号数字化成携载对应位置的数字化音频信号并且在所述系统总线上将数字化的音频作为信号输出。

Description

超声数字化仪和主机

技术领域和背景技术

本发明在它的一些实施例中涉及超声数字化仪和主机。

目前，有具有被集成到主机中的数字化仪的产品，无论是膝上型电脑或台式计算机还是以更一般的形式：主机。此外，有作为外部的外围设备被提供的声学数字化仪，其可以作为附件被加入主机。

将超声接收机嵌入移动电话或“智能电话”内部的建议是已知的。

有许多技术支持数字化，尤其是支持手写的数字化：

1)RF输入板(tablet)：诸如Wacom、Acecad和N-trig等公司采用带有天线的板以向位于板上方的手写笔发射RF能量。这是不尽如人意的，因为计算机需要可收回的板，并且这把使用变得麻烦。内置RF的方案与具有相同的特性的附件方案相比没有优势。

2)光传感器：Anoto是使用带有压印点的特殊的纸的技术的拥有者。手写笔具有照相机以基于它看到的点来解码它的位置。在这种技术中，不需要将接收机嵌入主机内部，因为其使用诸如蓝牙的标准RF协议来与它的主机通信。然而，特殊的纸、笔的笨重以及价格都是这种技术的限制因素。

3)超声传感器：有若干公司使用超声TOA测量来估计手写笔的位置。例如Pegasus(Pegatech)、Navisis、Virtual ink等等。这些产品的使能技术将声脉冲用于测量TOA。声学技术相对于在上文中所描述的先前两个技术有优势，即它可以在任何表面上操作并且可以允许3/D应用。然而，已知的技术除了别的以外具有以下缺点：

a.较劣的精度和分辨率

b.接收机的大小

c.对超声噪音的易感性

d.对在附近使用相同技术的其它用户的易感性

e.相对低的采样率

f.书写和数字表示之间的延迟

另一方面，在计算机上具有手写数字化是有益处的，例如以下功能可以被得到：

1)将手写的笔记转换为数字形式。

2)控制计算机(手写笔被用作鼠标)。

3)用于素描和制图的直接数字输入。

4)以与人们可以在印刷文档上书写笔记相同的方式将笔记插入现有文档。

5)表格填写(form filling)。

6)3/D应用。

以下文献在本发明的优先权日之后被公布并且因此它们构成对本权利要求的现有技术效应取决于特定的司法权。

WO2008018757公开了位置跟踪信号生成设备以及包括用于通过跟踪所述位置跟踪信号生成设备的位置来输入信息的位置跟踪输入设备的输入系统。所述位置跟踪信号生成设备能够精确地输入关于位置跟踪的信息，其方式为通过仅在纸表面方向上经过形成在引导部件和超声波信号生成单元之间的引导路径发出超声波信号而不管用户如何使用位置跟踪信号生成设备。另外，根据所述位置跟踪信号生成设备，多个超声波生成构件在超声波信号生成单元中被提供，并且所述超声波生成构件以基于所述超声波生成构件之间的分开距离所计算的预先确定的时间间隔顺序地生成超声波，以使所述超声波信号可以通过由所述超声波生成构件所生成的超声波的重叠而被放大。因此，所述位置跟踪信号生成设备还可以向被放置在远距离处的超声波信号接收传感器发射所述超声波信号。

WO2008048036示教了3D位置跟踪方法及设备。所述3D位置跟踪方法及设备通过使用信号发生器与超声信号接收机之间的距离以及超声信号接收机之间的距离来测量信号发生器的3D位置，其中所述信号发生器与超声信号接收机之间的距离通过使用信号发生器生成超声信号的时间与以预先确定的间隔被放置以接收超声信号的超声信号接收机接收到所述超声信号的时间之间的差来计算。因此，3D空间中的移动对象的3D位置可以被准确地测量而没有过度的开销，并且在其中所描述的3D位置跟踪方法和设备可以被应用于3D鼠标、3D指针、3D视频游戏输入设备等等。

发明内容

本实施例涉及将声学数字化仪(acoustic digitizer)作为内置部件并入到主机中。

根据本发明的一些实施例的一方面，提供了计算系统，其包括处理器和内部外围设备，以及将所述内部外围设备连接到所述处理器的系统总线，其中所述内部外围设备中的一个包括被配置用于超声频率的数字化的超声数字化仪，所述数字化仪将来自至少两个关联的麦克风的超声信号数字化成对应的数字化音频输出并且在所述系统总线上将所述数字化音频输出作为信号输出。

在一实施例中，所述数字化音频输出包括解码的定位设备位置。

一实施例可以包括内部的编解码器，其中所述超声数字化仪被连接到所述内部的编解码器以使用所述内部的编解码器来解码所述位置。

一实施例可以包括手写笔(stylus)，所述手写笔结合超声发射机，该超声发射机用于向所述关联的麦克风传送其位置以允许与所述计算机系统的用户交互(user interaction)，所述手写笔还包括用于在表面上指点的尖端。

在一实施例中，所述尖端是书写尖端而且是能用墨水在纸上书写(write)的，并且所述系统包括用于按与所述系统的规定关系容纳纸的容纳组件(accommodation assembly)。

一实施例可以包括主机计算机外壳，其中所述纸容纳系统包括纸对齐结构，所述纸对齐结构包括按与所述至少两个麦克风的固定关系固定纸的配置。

在一实施例中，所述纸对齐结构被构建在所述外壳上。

在一实施例中，所述纸对齐结构将所述外壳的一部分配置为书写板。

在一实施例中，所述外壳包括键盘并且覆盖物可在所述键盘上延伸以形成所述书写板。

在一实施例中，所述纸对齐结构在其一侧周围包括至少两个麦克风的第一集合以及在其第二侧周围包括至少两个麦克风的第二集合，并且包括用于根据哪些麦克风接收更清楚的信号在所述各个侧的麦克风之间进行选择的选择器。

在一实施例中，所述外壳包括用于手写笔的再充电固定器。

在一实施例中，所述纸对齐结构包括张紧的夹子以紧靠所述外壳固定纸。

在一实施例中，所述张力是由旋转张力和线性张力组成的集合中的一员。

在一实施例中，所述纸对齐结构包括可收回的压纸器，所述至少两个麦克风被构建在所述压纸器中，所述压纸器经由软线(cord)被附接到所述主机。

一实施例可以包括用于三维位置的第三麦克风。

一配置可以在计算所述位置时使用所述三维位置来补偿纸的高度。

所述系统可以使得所述数字化仪的激活将所述计算系统从睡眠状态切换到活动状态。

在一实施例中，所述数字化仪包括在所述计算系统处于睡眠状态的同时存储用户输入的存储器，所述用户输入随后可由所述计算系统存取。

所述系统可以被配置为当停留在另外的睡眠状态时从所述数字化仪接受输入。

所述系统可以被配置为带有校准(calibration)机构，该校准机构用于检测字迹(handwriting)的大小和方向并且推断纸的位置或者取向。

一实施例可以包括计算机外壳并且其中所述至少两个麦克风相对于所述外壳处于固定关系。

根据本发明的第二方面，提供了计算系统，其包括具有系统时钟的处理器以及用于提供定位设备的定位的定位单元，其中所述处理器包括编解码器和同步单元，所述编解码器将经由至少两个关联的麦克风接收的所述定位设备的超声信号数字化以向所述处理器提供可被进一步处理成对应的定位设备位置的信号，并且所述同步单元用于为所述被提供的定位而同步所述系统时钟。

在一实施例中，所述编解码器在所述处理器的外部，所述系统还包括与所述编解码器并联的抽取滤波器。

一实施例可以包括与指点设备(pointing device)同步的无线单元，所述单元还被配置用于从附加的麦克风接收数据。

一实施例可以被配置为使用被调制到连续的超声载波上的位置信号。

一实施例可以包括屏幕并且其中所述至少两个关联的麦克风被固定在所述屏幕周围以提供触摸屏应用。

在一实施例中，所述编解码器在所述处理器的内部。

在一实施例中，所述编解码器在所述处理器的外部并且其中用于所述被提供的定位的所述同步包括将所述编解码器与所述系统时钟同步。

在一实施例中，所述系统包括用于与指点设备的同步的无线收发机，并且用于所述被提供的定位的所述同步包括将所述系统时钟同步到所述无线收发机。

在一实施例中，所述无线单元是用于无线组网的系统内部的单元。

除非另有定义，在本文中所使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的意思。尽管与在本文中所描述的那些相似或者等效的方法和物质(material)可以在本发明的实践中或者在对本发明的测试中被使用，以下描述的是示范性方法和/或物质。在冲突的情况下，专利说明书(包括定义)将进行控制。另外，方法和例子仅是示意性的并且不是旨在必然是限制性的。

本发明的实施例的方法和/或系统的实现可能涉及手动地、自动地或者以它们的组合来执行或者完成被选择的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施例的实际的工具和装备，可以通过硬件、通过软件或者通过固件或者通过它们的使用操作系统的组合来实现若干被选择的任务。

举例来说，用于执行根据本发明的实施例的被选择的任务的硬件可以被实现为芯片或者电路。作为软件，根据本发明的实施例的被选择的任务可以被实现为由使用任何合适的操作系统的计算机所执行的多个软件指令。在本发明的示范性实施例中，一个或多个根据在本文中所描述的方法和/或系统的示范性实施例的任务由数据处理器执行，诸如用于执行多个指令的计算平台。可选地，数据处理器包括用于存储指令和/或数据的易失性存储器和/或用于存储指令和/或数据的非易失性存储装置，例如磁性硬盘和/或可移除介质。可选地，网络连接也被提供。显示器和/或诸如键盘或者鼠标的用户输入设备可选地也被提供。

附图说明

参考附图，仅以举例方式在本文中描述本发明的一些实施例。在此刻详细地对附图进行特别参考的情况下，所强调的是所示出的细节是作为例子并且是为了对本发明的实施例的示意性论述的目的。在这点上，对于本领域的技术人员，通过与附图一起的描述使本发明的实施例可以如何被实践是显而易见的。

在附图中：

图1是示意根据本发明的第一实施例的结合超声数字化仪的计算机系统的简化示意图。

图2是示意供图1的超声数字化仪使用的超声手写笔的简化示意图。

图3是示意包括图1的数字化仪、图2的手写笔和麦克风阵列的定位系统的简化示意图。

图4是示出图1的主机的内部表面可以怎样被用于纸定位的简化示意图。

图5A和5B是示出本发明的实施例的示意图，在该实施例中主机的重量被用于经由夹子将纸固定在适当位置。

图6A和6B是示出图5A和5B的夹子的可替代的构造的示意图，在该构造中夹子上的张力是旋转的。

图7是其中由软线附接的压纸器被用于固定纸并且接着被收回到主机的外壳上的接收器中的示意图。

图8是示出本发明的实施例的示意图，在该实施例中麦克风被安装在屏幕四周的外壳中，并且手写笔与屏幕中的有效区域交互。

图9是示出超声定位系统深度集成到主机中的架构的示意图，其中位置的确定通过处理器以及内部的编解码器来完成。

图10是示意图9的实施例的变形的示意图，其中被用于同步的发射机从第三麦克风接受数据；

图11是示意其中抽取滤波器与编解码器并联地被放置以处理其中编解码器对于超声频率未作优化的情况的变形；以及

图12是示意根据上面的实施例的定位系统到主机处理器上的集成的示意图，该集成涉及在主机系统上对现有部件的重新使用。

具体实施方式

本发明在它的一些实施例中涉及声学数字化仪和对应的主机。

目前，现有的超声技术没有被嵌入主机内部，主机是具有它们本身的主要功能的计算设备，包括膝上型电脑、台式机、数字通信设备、数字照相机等等。相反，它们作为“附件”被提供给所谓的“销售后市场”。

克服超声技术的现有限制的超声技术在被嵌入计算机内部时具有附加价值。举例来说，麦克风可以被固定在主机的外壳上并且被测量的位置可以是相对于计算机的。

一个优点是提供触摸屏应用的能力，其中手写笔的位置可以相对于屏幕上不同的有效区域或者软按钮被测量。另外的优点是计算机外壳可以被构造使得纸以确定的方式被设置(locate)。对于由固定在外壳上的麦克风所测量的位置的理解可以相对于用户在其上书写的纸而进行。

嵌入的另外的优点在于具有对主机的内部总线的访问的嵌入式数字化仪可以在主机处于睡眠或者待机状态时操作。因此，该数字化仪可以被用于将主机从待机状态唤醒，或者在计算机保持另外的睡眠状态时记录书写。

超声位置可以基于由诸如手写笔的指点设备所发布的信号。在实施例中，该信号是包括被调制到连续的超声载波信号上的位置信号。

在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解的是本发明在它的应用方面不一定被限制于在下面的描述中所阐述的和/或在附图中所示意的部件和/或方法的构造和布置的细节。本发明能够给出其它实施例或者能够以各种方式被实践或者实现。

现在参考附图，图1示意计算机系统10，其包括中央处理单元(CPU)12和诸如不同类型的存储设备、声卡、图形卡、通信设备等内部外围设备14.1、14.2等等。内部的系统总线16将内部外围设备连接到CPU 12。内部外围设备中的一个是超声数字化仪18，其将来自关联的麦克风20.1...20.n的超声信号数字化。超声信号来自诸如手写笔的超声定位设备，并且来自手写笔的信号被数字化以提供手写笔相对于扬声器的当前位置。数字化的输出被提供给系统总线14。麦克风在实施例中可以被固定到主机计算机的外壳中。

在实施例中，系统包括内部的编解码器。该编解码器可以是CPU 12或者所述外围设备中的任何一个的部分。超声数字化仪被连接到内部的编解码器并且使用内部的编解码器来解码所述位置。典型地，到来的超声信号是包括载波和在载波上的调制的连续信号。编解码器可以解码来自不同扬声器的调制(比如使用互相关)以准确地提取来自每个扬声器的飞行时间(the time of flight)。所述位置接着可以通过三角测量法来确定。利用内部的编解码器的能力是使数字化仪在内部的优点。

参考图2，超声信号可以来自于手写笔，诸如手写笔30。这样的手写笔可以将超声发射机32并入保护套34内部并且与笔尖36放在同一位置，该笔尖36从所述套中露出以在诸如纸的书写表面上书写。

手写笔向关联的麦克风发射它的位置并且允许用户与计算机系统的交互。

附加的发射机38可以根据需要在手写笔的远端被提供以提供关于手写笔的取向的信息。

书写尖端可以使用墨水或者诸如铅笔石墨的任何其它书写介质在纸上或者其它书写表面上书写。

现在参考图3，手写笔40向两个麦克风42和44发射它的位置，这两个麦克风又将信号传递给超声数字化仪46。

纸可以自由地被设置在其中手写笔处于麦克风的范围内的任何位置。但是，如果纸被设置在使得该纸与手写笔的位置之间的关系清楚的规定位置，则精度得以改进。因此，系统可以包括按与该系统的规定关系容纳纸或者任何其它书写表面的容纳组件。

现在参考图4，其示意这样的容纳组件的例子。该容纳组件可以被设置在计算机的外壳中，该外壳容纳(host)在先前的图中所描述的具有CPU 12、总线16以及超声设备18的系统10。

如图4所示，膝上型笔记本的外壳50包括模塑(molding)或者模塑挤出(molded extrusion)52，其定义常见的纸的大小的角。通过模塑挤出中的角被放置的纸与麦克风54具有规定的关系，该麦克风也被构建在外壳50中。

一般而言，假定使用书写作为输入和使用键盘作为输入是互斥的，因此在这个实施例中，纸的位置在键盘的顶部上方。可收回的顶罩(hood)可覆盖由参考标号56所指示的键盘的区域以将键盘的区域转换成稳固的书写表面。

作为对提供顶罩的替代，屏幕挡板(flap)58可以被闭合以提供稳固的书写表面。诸如由52所指示的那些模塑还可以被放置在屏幕挡板58的背面上，并且用户可以做笔记，该笔记被存储在计算机上而不需要打开膝上型电脑。膝上型电脑本身可以处于待机状态，这将在下文中被讨论。

如图4所示，在纸的两侧都有麦克风集合。选择器可以轮询每个集合中的麦克风或者可以逐个地轮询麦克风并且选择接收更清楚的信号的那些麦克风供连续使用。因此，比如右撇子和左撇子的用户在他们书写的时候可能遮掩某些麦克风，并且系统可以自动地切换到对当前用户最佳的麦克风。

现在参考图5A和5B。这些图示意了另外的实施例，在该实施例中，纸被固定在规定位置但不是以干扰计算机本身的方式。就是说图5A和5B的实施例依赖于外部表面并且不会遮掩键盘或者屏幕，因此用户可以在纸上书写并且仍然使用键盘并且看到屏幕。

夹子60包含接收机前端62和关联的声学传感器64并且通过弹簧66紧靠表面68被张紧。计算机的外壳70提供对齐结构，该对齐结构定义纸的取向并且纸72被固定在图5B所示的对齐结构内。该配置同样地按与麦克风的规定位置固定纸。外壳的重量将纸固定在适当位置。

现在参考图6A和6B。这些图示意了图5A和5B的实施例的替代，其中纸通过夹子被固定在规定位置。在这种情况下，夹子被提供以旋转张力。同样地，图6A和6B的实施例依赖于外部表面并且不遮掩键盘或者屏幕，因此用户可以在纸上书写并且仍然使用键盘并且看到屏幕。

夹子80包含用于手动升高夹子以容纳纸的杠杆81。接收机前端82以及关联的声学传感器84被设置在夹子的主体中，该架子通过弹簧86紧靠表面88被张紧。计算机的外壳90提供定义纸的取向的对齐结构并且纸92被固定在对齐结构内。被固定的纸的状态在图6B中被示出。该配置按与麦克风的规定关系固定纸。

外壳90可以包括用于手写笔的固定器。在实施例中，该固定器可以包括用于给手写笔再充电的再充电单元。

现在参考图7，其示出了纸对齐结构的可替代的实施例。在这种情况下，纸对齐结构包括可收回的压纸器100。麦克风102被构建在压纸器中并且该压纸器经由软线104被附接到主机计算机106。软线104可以是将接收机连接到主机的串行线缆。在另一个实施例中，带有传感器的“臂”可以从主机的主体中展开。压纸器100被放置在纸或者纸板(pad of paper)108的上方。该压纸器的下侧可以包括凹槽110以精确地限定(locate)纸的角，该凹槽在插入物112中被夸张地示出。

在使用之后，该压纸器可以被收回到主机计算机中的接收器114中。

上述实施例中的每一个可以通过增加恰当放置的附加麦克风以使三角测量法可以在三个维度中进行而被增强。当使用其中厚度变化的纸板时，精度可以通过能够将板的厚度考虑在内而被增强。另外的实施例可以使用手写笔来指出三维对象的边和角以用于CAD程序或者要求三维输入的其它程序的输入。

现在参考图8，其为示意其中麦克风120对于屏幕122被放置在固定布置中的实施例的示意图。屏幕122显示有效区域或者软键盘并且用户操作手写笔124以与屏幕交互。由于麦克风被构建在外壳中，麦克风测量的位置与屏幕上的区域之间的关系被准确地知道。

如在上文中结合闭合屏幕的实施例所论述的，书写数据的存储不需要主机计算机处于活动状态。相反，主机计算机可以处于其中许多外围设备被关闭的待机状态。因此，当计算机待机时，用户可以使用手写笔书写他的笔记。计算机存储数据，该数据之后在计算机被切换到活动状态时将是可用的。

在可替代的实施例中，数字化仪包括板上存储器，其在主机计算机处于睡眠状态的同时存储用户输入。用户输入则在计算机被激活时可用于下载到计算系统。

在还有可替代的实施例中，数字化仪经由手写笔的激活将计算系统从睡眠状态切换到活动状态。

在大部分的上述实施例中，已假定纸在规定位置处具有已知的大小。然而，将纸放置在这样的位置可能并不总是便利的。系统因此可以包括校准机构，其检测字迹的大小和方向并且使用它们来推断纸的位置或者取向。

现在将更详细地论述与将定位数字化仪嵌入主机机器中有关的问题，不管是对于2/D定位还是对于3/D定位。

超声数字化仪/接收机18-20被嵌入主机/台式机/MID内部。接收机拾取被数字化到2/D或者3/D坐标的超声信号。

被数字化的数据通过系统总线(诸如串行数字连接，像USB、UART、SPI、I2C或者任何其它标准串行总线)被连接到主CPU。可替代地，数据可以通过使用PCI、PCMCIA等总线的并行连接来连接。

某些应用可能要求纸或者类似的书写表面与接收机之间严格的物理关系，因此有必要将实际的A4或者其它标准大小的纸映射到计算机。为了这个目的，可以提供机械固定装置(fixture)来布置这样的连接。传感器、麦克风或者换能器可以被放置在相对于纸已知的位置，离开纸的顶部及其边缘有预定高度的预定位置处等等。特别地，在书写过程期间，纸理想地不改变其相对于传感器的位置，因为这将引入数字化的字迹相对于实际的墨水的偏差的副作用。

麦克风或者其它声学传感器的放置可能需要声学工程设计，并且可以遵照在申请人于2008年3月14日提交的共同待定的国际专利申请No.IB2008/050946中所描述的准则，并且更具体地为申请人于2007年3月14日提交的对应的美国临时专利申请No.60/906,813中的章节4.5，这两者的内容通过引用被并入本文。

如在上文中所论述的，在可能的使用场景之一中，主机可以处于待机模式，而声接收机周期性地或者恒定地被开启，以拾取声信号或者IR信号。发射机的激活触发一系列事件，即允许主机处理与传输有关的数据并且因此将位置数字化，存储坐标流等等，即使主机另外处于待机模式。

在可替代的实施例中，接收机具有它自己的存储器来存储数据。当主机被激活时，用户可以查看被存储的数据。

如所论述的，一种可替代的使用模型是在主机处于折叠状态的时候将主机看作纸板。它的平面侧中的一个(比如主机的底部侧或者屏幕的背面)可以被看作工作台，并且传感器可以被提供在其上以当在外壳的特定侧上书写时拾取信号。

在另外的替代中，塑料板可以从主机中展开以允许预先确定的工作区域。

如在上文中所论述的，另一个选择是用可收回的顶罩覆盖键盘，当该可收回的顶罩处于它的伸展状态时充当用于书写的平坦表面。

另一个选择是在键盘前面提供数字化区域，以类似于许多主机具有的鼠标指垫的方式。

数字化仪可以被用于签名生物特征认证。为了登陆到主机计算机，用户可能被提示要签名，从而允许安全性而不要求用户记忆密码。

在另外的实施例中，当用户折叠屏幕时，数字化仪可以自动地改变它的功能。举例来说，当屏幕被打开时，其可以起鼠标的作用，并且当屏幕闭合时，它可以开始将笔记存储到文件中。

为了促进技术的使用，传感器可以被嵌入在主机的周边上。传感器接着周期性地被采样以找到手写笔正发送信号的区域。一旦找到与被发射的信号最接近的传感器，其它传感器可以被忽略。这样，主机能够动态地适应左撇子和右撇子的用户。

如所提到的，如果用户没有将A4纸稳固地放置在所提供的位置上，则对于计算机软件有校准虚拟的纸以适应手写的选择。这样的校准过程的输入可以包括界定手写的范围，并且还包括书写的方向，这可能暗示了纸的取向的方向。

为了节省主机内部的硬件部件的开销，接收机的硬件可以与主机的其它功能块共享传感器中的一些。对于IrDA传感器以及对于麦克风都是如此。

部件的共享产生两个实施例，模块集成实施例和深度集成实施例。模块集成实施例一般而言与在上文中所描述的一样，并且使用USB、UART、SPI总线等等来向中央处理器传递坐标或者至少传递携载坐标的数字音频信号。在可替代的实施例中，代替坐标，存在于编解码器内的音频数据可以被输出到总线以传递到中央处理器。

深度集成实施例使用主机的本地接口来采样EPOS信号。所提议的架构如图9所示。

图9示出基本架构，其中主机130包括通过小型硅工艺(smallsilicon process)制造的大部分数字单元以使其尽可能小。编解码器134形成处理器的伙伴，即协同处理器，其维护大部分的模拟信号处理，例如电压调整、ADC(比如用于麦克风输入)、DAC(比如用于到扬声器的输出)、振动等等。由于编解码器134的模拟属性，通常使用比主处理器132更大的几何结构来制造它。在一些情况下，编解码器功能可以被集成在处理器132本身中。由于编解码器被制造用于支持音频频率，它们常常为低于20KHz的输入信号被优化。对于超声，这样的频率范围是不足的并且被使用的编解码器需要在超声频率处支持足够的分辨率，比如在50KHz处大于40dB(典型的例子)。图9示出带有两个双波段麦克风96的实施例。

现在参考图10，其为示出带有附加的无线或者IR接收机138(已经假设是同步链路)以附加地结合第三麦克风的图9的主机的简化图示。如果有三个麦克风，则有足够的信息来解码发射机的位置。然而，3个麦克风的使用并且没有数据链路引入另外的问题，诸如解码声信号上的数据(数据在笔侧可以被切换状态)。如所示出的，IR或者RF链路138支持同步和数据传输两者。框图在这种情况下将是：

无线链路138可以使用已经被主机支持的协议，诸如蓝牙、WiFi等等或者它们的子集。

在这种架构中，同步是固有的问题：模块中的每一个具有它自己的时钟源；然而必要的是同步在处理器上运行的软件以使处理器与发射机(未示出)同步。

同步在两个阶段中被执行：

1)编解码器到CPU的同步：

在声音样本缓冲器溢出时，内部中断被生成。处理这个中断的ISR读取自由运转的计时器的值以得到时间戳。由于这个中断可能被更高优先级的过程屏蔽，所以计时器值的抖动可能相对大。然而，这个过程可以远在定位应用开始运行之前开始，因此任何由此得到的计时误差可以通过传递足够的数据而被过滤。

2)收发机到CPU的同步：

在通过收发机138(如所提到的，其可以是RF或者IR)接收有效的分组时，中断被生成。处理该中断的ISR读取自由运转的计时器的值以得到时间戳。这个中断应当具有最高的优先级，因此由于软件执行所引起的时间戳的抖动将是最小的。

另外的方法是使用数字麦克风(DMIC)。然而，情况可能是内部的编解码器不支持该超声范围。因此，直接了当的方法是使用图11所示的架构。图11示出与编解码器并联地连接在双波段麦克风与主机处理器之间的抽取滤波器140。

编解码器134向麦克风并且还向专用的“抽取滤波器”ASIC 140提供时钟信号。DMIC 136的输出被路由到编解码器以及ASIC 140两者。ASIC 140的输出通过诸如UART、I2S、SPI等串行接口被连接到主机132。

根据上面的实施例的接收机模块可以被用于允许触摸屏应用，如在上文中就图8来说所论述的那样。屏幕可以包括软按钮以及有效区域，而不是实际作为触摸屏并且感测手写笔的屏幕，数字化仪检测其在有效区域上的位置并且相应地解释所述交互。

如在上文中所描述的(特别是参考图10)将第三麦克风加入主机可以允许使用3/D数据的许多类型的应用。若干特定的想法在此被提出但是是用非限制的方式：

1.手写：补偿纸的高度。

2.3/D姿态(gesture)：3/D设备可以将屏幕的2/D工作环境转换为3/D环境。

3.3/D应用：机械设计、图形设计、游戏。

手写笔还可以用于远程控制、向主机发送诸如播放、向上翻页、向下翻页等命令。

当主机屏幕被折叠时，手写笔可以改变它的功能并且开始控制第二设备，诸如投影仪。

在本文中所描述的接收机的校准优选地在被组装到主机内部之前完成。在一个方法中，接收机在模块级通过它的声前端被校准。因此，模块应当被设计为允许这样的校准。

另外的实施例使用连线的笔。在这种情况下，所需要的同步仅在CPU和它的编解码器之间。

接口IC可以被使用。这样的接口IC可以是专用IC，或者现货供应的部件，诸如EEPROM。EEPROM可以用周期性的方式输出被数字编码的波形，例如Sigma-Delta格式。无源网络可以使笔和IC网络连接到超声发射机。

另外的实施例包括温度传感器作为定位机构的部分。该温度传感器考虑了定位系统以补偿由温度和关联的偏移所引起的各种类型的测量误差，并且从而提高定位的准确性。基于温度的误差的来源之一是声音的速度，其取决于温度。因此，温度补偿为应用增加精度。

指点设备(如手写笔、笔等等)可以是电池供电的并且可以是可再充电的。

现在简要地参考图12，其示意了根据在上文中所描述的实施例的定位。主机系统通过使用它的现有部件来集成定位。现有的主机处理器132和编解码器134执行定位系统需要的功能。

压力传感器可以将用户施加在笔上的压力数字化。这样的数字化可以为数字表示增加更“逼真的”反馈。压力数据可以通过IR/Rf链路被传递，或者替代地可连同定位数据一起被调制到超声信号上。

术语“手写笔”在本文中被用于表示被用作发送超声信号的定位器的任何指点设备。该手写笔可以是无线的。

所预期的是在由本申请发展而来的专利的有效期内，许多有关的数字化技术将被开发并且诸如“数字化仪”的有关术语的范围旨在事先包括所有这样的新技术。

术语“包含”、“包括”、“具有”以及它们的动词变化形式的意思是“包括但不限于”。这个术语涵盖了术语“由...组成”以及“大体上由...组成”。

如在本文中所使用的，单数形式″a″、″an″和″the″包括复数引用，除非上下文另外清楚地指出。

应理解的是，为清楚起见在独立的实施例的上下文中被描述的本发明的特定的特征在单个实施例中也可以结合地被提供。相反地，为了简便起见在单个实施例的上下文中被描述的本发明的各种特征也可以在本发明的任何其它被描述的实施例中独立地或者以任何合适的子组合或同样合适地被提供。在各种实施例的上下文中所描述的某些特征不应当被认为是那些实施例的必要特征，除非所述实施例在没有这些元素的情况下不起作用。

尽管本发明已结合其特定的实施例被描述，但很明显许多替代、修改和变化对于本领域的技术人员将是显而易见的。因此，其旨在包含落在随附的权利要求的精神和广义范围内的所有这样的替代、修改和变化。

在本说明书中提及的所有公布、专利以及专利申请在此以整体引用方式被纳入说明书中，其在程度上与将每个单独的公开、专利或者专利申请具体和逐个地标明为以引用方式纳入没有区别。另外，在本申请中对任何参考的引述或者标识不应当被解释为承认这样的参考可用作本发明的现有技术。就章节标题被使用的程度而言，它们不应当被看作必然是限制性的。

Claims

1.一种计算系统，其包括处理器和内部外围设备，以及将所述内部外围设备连接到所述处理器的系统总线，其中所述内部外围设备中的一个包括被配置用于超声频率的数字化的超声数字化仪，所述数字化仪具有对所述系统总线的访问并且被配置为将来自至少两个关联的麦克风的超声信号数字化成对应的数字化音频输出并且在所述系统总线上将所述数字化音频输出作为信号输出。

2.如权利要求1所述的计算系统，其中所述数字化音频输出包括解码的定位设备位置。

3.如权利要求2所述的计算系统，其还包括内部的编解码器，其中所述超声数字化仪被连接到所述内部的编解码器以使用所述内部的编解码器来解码所述位置。

4.如权利要求1所述的计算系统，其还包括手写笔，所述手写笔结合超声发射机，该超声发射机用于向所述关联的麦克风传送其位置以允许与所述计算机系统的用户交互，所述手写笔还包括用于在表面上指点的尖端。

5.如权利要求4所述的计算系统，其中所述尖端是书写尖端而且是能用墨水在纸上书写的，并且所述系统包括用于按与所述系统的规定关系容纳纸的容纳组件。

6.如权利要求5所述的计算系统，其包括主机计算机外壳，其中所述纸容纳系统包括纸对齐结构，所述纸对齐结构包括按与所述至少两个麦克风的固定关系固定纸的配置。

7.如权利要求6所述的计算系统，其中所述纸对齐结构被构建在所述外壳上。

8.如权利要求7所述的计算系统，其中所述纸对齐结构将所述外壳的一部分配置为书写板。

9.如权利要求7所述的计算系统，其中所述外壳包括键盘并且覆盖物可在所述键盘上延伸以形成所述书写板。

10.如权利要求6所述的计算系统，其中所述纸对齐结构在其一侧周围包括至少两个麦克风的第一集合以及在其第二侧周围包括至少两个麦克风的第二集合，并且包括用于根据哪些麦克风接收更清楚的信号在所述各个侧的麦克风之间进行选择的选择器。

11.如权利要求6所述的计算系统，其中所述外壳包括用于手写笔的再充电固定器。

12.如权利要求6所述的计算系统，其中所述纸对齐结构包括张紧的夹子以紧靠所述外壳固定纸。

13.如权利要求12所述的计算系统，其中所述张力是由旋转张力和线性张力组成的集合中的一员。

14.如权利要求6所述的计算系统，其中所述纸对齐结构包括可收回的压纸器，所述至少两个麦克风被构建在所述压纸器中，所述压纸器经由软线被附接到所述主机。

15.如权利要求1所述的计算系统，其还包括用于三维位置的第三麦克风。

16.如权利要求15所述的计算系统，其被配置为在计算所述位置时使用所述三维位置来补偿纸的高度。

17.如权利要求1所述的计算系统，其被配置使得所述数字化仪的激活将所述计算系统从睡眠状态切换到活动状态。

18.如权利要求1所述的计算系统，其中所述数字化仪包括在所述计算系统处于睡眠状态的同时存储用户输入的存储器，所述用户输入随后可由所述计算系统存取。

19.如权利要求1所述的计算系统，其被配置为当停留在另外的睡眠状态时从所述数字化仪接受输入。

20.如权利要求1所述的计算系统，其被配置为带有校准机构，该校准机构用于检测字迹的大小和方向并且推断纸的位置或者取向。

21.如权利要求1所述的计算系统，其包括计算机外壳并且其中所述至少两个麦克风相对于所述外壳处于固定关系。

22.一种计算系统，其包括具有系统时钟的处理器以及用于提供定位设备的定位的定位单元，其中所述处理器包括编解码器和同步单元，所述编解码器将经由至少两个关联的麦克风接收的所述定位设备的超声信号数字化以向所述处理器提供可被进一步处理成对应的定位设备位置的信号，并且所述同步单元用于为所述被提供的定位而同步所述系统时钟，其中所述编解码器在所述处理器的外部，所述系统还包括与所述编解码器并联的抽取滤波器。

23.如权利要求22所述的计算系统，其还包括与指点设备同步的无线单元，所述单元还被配置用于从附加的麦克风接收数据。

24.如权利要求22所述的计算系统，其被配置为使用被调制到连续的超声载波上的位置信号。

25.如权利要求22所述的计算系统，其还包括屏幕并且其中所述至少两个关联的麦克风被固定在所述屏幕周围以提供触摸屏应用。

26.如权利要求22所述的计算系统，其中所述编解码器在所述处理器的内部。

27.如权利要求22所述的计算系统，其中所述编解码器在所述处理器的外部并且其中用于所述被提供的定位的所述同步包括将所述编解码器与所述系统时钟同步。

28.如权利要求22所述的计算系统，其中所述系统包括用于与指点设备的同步的无线收发机，并且用于所述被提供的定位的所述同步包括将所述系统时钟同步到所述无线收发机。

29.如权利要求23所述的计算系统，其中所述无线单元是用于无线组网的系统内部的单元。