JP5705548B2 - 超音波デジタイザおよびホスト - Google Patents

Description

本発明は、その一部の実施形態では、超音波デジタイザおよびホストに関する。

現在、ラップトップかデスクトップコンピュータかに関わらず、あるいはより一般的な形としてホストに、デジタイザが組み込まれた製品が存在する。さらに、ホストにアドオンとして追加することのできる外部周辺装置として提供される音響デジタイザがある。

携帯電話または「スマートフォン」の内部に超音波受信器を埋め込む提案が知られている。

特に手書きのデジタル化をサポートする多くの技術が存在する。
１）ＲＦタブレット：Ｗａｃｏｍ、Ａｃｅｃａｄ、およびＮ−ｔｒｉｇのような企業は、パッドの上に位置するスタイラスにＲＦエネルギを放出するアンテナ付きのパッドを使用している。コンピュータは格納式パッドを必要とし、かつこれは使用を煩わしくするので、満足できない。内蔵ＲＦ解決策は、同じ特性を有するアドオン解決策とは対照的に、利点を持たない。
２）光センサ：Ａｎｏｔｏは、ドットが刷り込まれた専用の紙を使用する技術の所有者である。スタイラスは、それが見るドットに基づいてその位置を復号するためにカメラを有する。この技術では、ブルートゥースのような標準ＲＦプロトコルを使用してホストと通信するので、ホスト内部に受信器を埋め込む必要は無い。しかし、専用の紙、ペンが嵩張ること、および価格はこの技術の制限因子である。
３）超音波センサ：超音波ＴＯＡ測定を使用してスタイラスの位置を推定する企業は幾つか存在する。Ｐｅｇａｓｕｓ（Ｐｅｇａｔｅｃｈ）、Ｎａｖｉｓｉｓ、Ｖｉｒｔｕａｌ ｉｎｋなどはその例である。これらの製品を可能にする技術は、ＴＯＡを測定するために音響パルスを使用する。音響技術は上述した前の２つの技術と比較して利点を有する。すなわち、それは任意の表面で動作することができ、かつ３／Ｄ応用を可能にすることができる。しかし、公知の技術はとりわけ次の欠点を有する。
ａ．精度および分解能が劣る
ｂ．受信器のサイズ
ｃ．超音波ノイズに弱い
ｄ．同じ技術を使用する近傍の他のユーザに影響を受け易い
ｅ．比較的低いサンプリングレート
ｆ．書込みとデジタル表現との間の遅延

他方、コンピュータに手書きのデジタル化を有する利点が存在する。例えば次の能力を得ることができる。
１）手書きのメモをデジタル形式に変換する。
２）コンピュータを制御する（スタイラスをマウスとして使用する）。
３）スケッチや線描の直接デジタル入力。
４）印刷文書にメモを書き込むことができるのと同様に、既存の文書にメモを挿入する
５）書式記入
６）３／Ｄ応用

以下の文書は本願の優先権主張日以後に公開されたものであり、したがって本発明の請求の範囲に対する先行技術効果は個別の管轄体に依存する。

ＷＯ２００８０１８７５７は、位置追跡信号発生装置、および位置追跡信号発生装置の位置を追跡することによって情報を入力するための位置追跡入力装置を含む入力システムを開示している。位置追跡信号発生装置は、ガイド部と超音波信号発生ユニットとの間に形成されたガイド経路に、ユーザによる位置追跡信号発生装置の使用とは無関係に紙面方向のみに、超音波信号を放出することによって、位置追跡に関する情報を正確に入力することができる。加えて、位置追跡信号発生装置によると、複数の超音波発生部材が超音波信号発生ユニットに設けられ、超音波発生部材は、超音波発生部材間の分離距離に基づいて計算された所定の時間間隔で超音波を順次発生するので、超音波信号は、超音波発生部材によって発生される超音波の重畳を通して増幅することができる。したがって、位置追跡信号発生装置は、遠く離れて配置された超音波信号受信センサに超音波信号を安定的に送信することができる。

ＷＯ２００８０４８０３６は３Ｄ位置追跡方法および装置を教示している。３Ｄ位置追跡方法および装置は、超音波信号が信号発生器によって発生した時間と、超音波信号が超音波信号を受信するために所定の間隔で配置された超音波信号受信器に受信された時間との間の差、および超音波信号受信器間の距離を使用することによって計算された、信号発生器と超音波信号受信器との間の距離を用いることによって、信号発生器の３Ｄ位置を測定する。したがって、３Ｄ空間内の移動体の３Ｄ位置は、過度のコスト無しに正確に測定することができ、そこに記載された３Ｄ位置追跡方法および装置は３Ｄマウス、３Ｄポインタ、３Ｄビデオゲーム入力装置等に適用することができる。

本発明の実施形態は、内蔵コンポーネントとしての音響デジタイザのホストへの組込みに関する。

本発明の一部の実施形態の態様によると、プロセッサおよび内部周辺装置、ならびに前記内部周辺装置を前記プロセッサに接続するシステムバスを備えたコンピューティングシステムであって、前記内部周辺装置の１つが超音波周波数をデジタル化するように構成された超音波デジタイザを含み、前記デジタイザが少なくとも２つの関連マイクロホンからの超音波信号を対応するデジタル化音響出力にデジタル化し、かつ前記デジタル化音響出力を前記システムバスに信号として出力するように構成されたコンピューティングシステムを提供する。

一実施形態では、前記デジタル化音響出力は、復号された測位装置の位置を含む。

一実施形態は内部ＣＯＤＥＣを含むことができ、前記超音波デジタイザは前記内部ＣＯＤＥＣに接続され、前記内部ＣＯＤＥＣを使用して前記位置を復号する。

一実施形態はスタイラスを含むことができ、スタイラスはその位置を前記関連マイクロホンに送信するための超音波送信器を組み込んで、前記コンピュータシステムとのユーザ対話を可能にし、スタイラスはさらに表面上で指し示すための先端を備える。

一実施形態では、前記先端は筆記用先端であり、紙に筆記するためにインクが使用可能であり、前記システムは、前記システムとの定義された関係に紙を収容するための収容アセンブリを含む。

一実施形態はホストコンピュータハウジングを含むことができ、前記紙収容システムは紙整列構造を含み、前記紙整列構造は、前記少なくとも２つのマイクロホンに対し固定された関係に紙を保持する構成を含む。

一実施形態では、前記紙整列構造は前記ハウジングに内蔵される。

一実施形態では、前記紙整列構造は筆記パッドとして前記ハウジングの一部を構成する。

一実施形態では、前記ハウジングはキーボードを含み、前記筆記パッドを形成するために前記キーボード上にカバリングが伸長可能である。

一実施形態では、前記紙整列構造は、その片側を中心に第１組の少なくとも２つのマイクロホンと、その第２側を中心に第２組の少なくとも２つのマイクロホンと、どちらがより明瞭な信号を受信するかによって前記それぞれの側のマイクロホンの間で選択するためのセレクタとを含む。

一実施形態では、前記ハウジングは、スタイラスのための再充電用ホルダを含む。

一実施形態では、前記紙整列構造は前記ハウジングに対して紙を保持する張力クリップを含む。

一実施形態では、前記張力は回転張力および線形張力から成る群の１つの張力である。

一実施形態では、前記紙整列構造は格納式文鎮を含み、前記少なくとも２つのマイクロホンは前記文鎮に内蔵され、前記文鎮はコードを介して前記ホストに取り付けられる。

一実施形態は、３次元位置のための第３マイクロホンを含むことができる。

構成は前記３次元位置を使用して、前記位置を計算するときに紙の高さについて補償することができる。

システムは、前記デジタイザの起動により、前記コンピューティングシステムが休眠状態から起動状態に切り替わるようにすることができる。

一実施形態では、前記デジタイザは、前記コンピューティングシステムが休眠状態にあるときにユーザ入力を格納するメモリを含み、該ユーザ入力はその後、前記コンピューティングシステムによってアクセスされる。

システムは、前記デジタイザからの入力を受け入れ、それ以外は休眠状態を維持するように構成されることができる。

システムは、手書きのサイズおよび方向を検出し、かつ紙の位置または向きを推測するための較正機構を有するように構成することができる。

一実施形態はコンピュータハウジングを含むことができ、そこで前記少なくとも２つのマイクロホンは前記ハウジングに対して固定関係にある。

本発明の第２態様によると、システムクロックを有するプロセッサと、測位装置の測位を提供するための測位ユニットとを備えたコンピューティングシステムであって、前記プロセッサが、少なくとも２つの関連マイクロホンを介して受信された前記測位装置の超音波信号をデジタル化して、対応する測位装置の位置を得るようにさらに処理可能な信号を前記プロセッサに提供するＣＯＤＥＣと、前記提供された測位に対し前記システムクロックを同期させるための同期化ユニットとを含むように構成された、コンピューティングシステムを提供する。

一実施形態では、前記ＣＯＤＥＣは前記プロセッサの外部にあり、システムはさらに、前記ＣＯＤＥＣと並列にデシメーションフィルタを含む。

一実施形態は、ポインティング装置と同期するワイヤレスユニットを含むことができ、該ユニットはさらに、追加マイクロホンからデータを受信するように構成される。

一実施形態は、連続超音波搬送波に変調される位置信号を使用するように構成することができる。

一実施形態はスクリーンを含むことができ、そこで前記少なくとも２つの関連マイクロホンは前記スクリーンの周りに固定され、タッチスクリーン用途をもたらす。

一実施形態では、ＣＯＤＥＣは前記プロセッサに内蔵される。

一実施形態では、前記ＣＯＤＥＣは前記プロセッサの外部にあり、前記提供された測位のための前記同期化は、前記ＣＯＤＥＣを前記システムクロックと同期させることを含む。

一実施形態では、システムは、ポインティング装置と同期するためのワイヤレストランシーバを備え、前記提供された測位のための同期化は、前記システムクロックを前記ワイヤレストランシーバに同期させることを含む。

一実施形態では、前記ワイヤレスユニットは、ワイヤレスネットワーキングのためのシステム内蔵ユニットである。

別途定義されない限り、本明細書で使用されるすべての技術的用語および／または科学的用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載される方法および材料と類似または同等である方法および材料を本発明の実施または試験において使用することができるが、例示的な方法および／または材料が下記に記載される。矛盾する場合には、定義を含めて、本特許明細書が優先する。加えて、材料、方法および実施例は例示にすぎず、限定であることは意図されない。

本発明の実施形態の方法および／またはシステムを実行することは、選択されたタスクを、手動操作で、自動的にまたはそれらを組み合わせて実行または完了することを含んでいる。さらに、本発明の装置、方法および／またはシステムの実施形態の実際の機器や装置によって、いくつもの選択されたステップを、ハードウェア、ソフトウェア、またはファームウェア、あるいはオペレーティングシステムを用いるそれらの組合せによって実行できる。

例えば、本発明の実施形態による選択されたタスクを実行するためのハードウェアは、チップまたは回路として実施されることができる。ソフトウェアとして、本発明の実施形態により選択されたタスクは、コンピュータが適切なオペレーティングシステムを使って実行する複数のソフトウェアの命令のようなソフトウェアとして実施されることができる。本発明の例示的な実施形態において、本明細書に記載される方法および／またはシステムの例示的な実施形態による１つ以上のタスクは、データプロセッサ、例えば複数の命令を実行する計算プラットフォームで実行される。任意選択的に、データプロセッサは、命令および／またはデータを格納するための揮発性メモリ、および／または、命令および／またはデータを格納するための不揮発性記憶装置（例えば、磁気ハードディスク、および／または取り外し可能な記録媒体）を含む。任意選択的に、ネットワーク接続もさらに提供される。ディスプレイおよび／またはユーザ入力装置（例えば、キーボードまたはマウス）も、任意選択的にさらに提供される。

本明細書では本発明のいくつかの実施形態を単に例示し添付の図面を参照して説明する。特に詳細に図面を参照して、示されている詳細が例示として本発明の実施形態を例示考察することだけを目的としていることを強調するものである。この点について、図面について行う説明によって、本発明の実施形態を実施する方法は当業者には明らかになるであろう。

図１は、本発明の第１実施形態に係る超音波デジタイザを組み込んだコンピュータシステムを示す簡易概略図である。

図２は、図１の超音波デジタイザ用の超音波スタイラスを示す簡易概略図である。

図３は、図１のデジタイザ、図２のスタイラス、およびマイクロホンアレイを備えた位置特定システムを示す簡易概略図である。

図４は、図１のホストの内面をいかに紙の位置特定に使用することができるかを示す簡易概略図である。

図５Ａ−Ｂは、ホストの重量を使用してクリップを介して紙を所定の位置に保持する本発明の実施形態を示す概略図である。

図６Ａ−Ｂは、図５Ａおよび５Ｂのクリップの代替的構成であって、クリップの張力が回転張力である場合を示す概略図である。

図７は、コードによって取り付けられた文鎮が紙を保持するために使用され、次いでホストのハウジングのレセプタクル内に収容される状態の概略図である。

図８は、マイクロホンがハウジングのスクリーンの周りに取り付けられ、スタイラスがスクリーンの活性領域と相互作用する本発明の実施形態を示す概略図である。

図９は、位置特定の決定がプロセッサおよび内部ＣＯＤＥＣによって実行されるように構成された、ホスト内への超音波位置特定システムの深い統合アーキテクチャを示す概略図である。

図１０は、同期化のために使用される送信器が第３マイクロホンからデータを受け入れるように構成された、図９の実施形態の変形例を示す概略図である。

図１１は、ＣＯＤＥＣが超音波周波数に対して最適化されていない場合に処理するために、デシメーションフィルタがＣＯＤＥＣと並列に配置された、変形例を示す概略図である。

図１２は、上記実施形態に係る測位システムのホストプロセッサへの組込みであって、ホストシステムの既存のコンポーネントの再使用を含む組込みを示す概略図である。

本発明は、その一部の実施形態では、音響デジタイザおよび対応するホストに関する。

現在、既存の超音波技術は、ラップトップ、デスクトップ、デジタル通信装置、デジタルカメラ等をはじめ、それ自体の主要な機能を有する演算装置であるホスト内部に埋め込まれない。それらはむしろ、「アフターマーケット」と呼ばれる物に対する「アドオン」として提示される。

超音波技術の既存の限界を克服する超音波技術は、コンピュータ内部に埋め込まれたときに付加価値を有する。例えばマイクロホンはホストのハウジングに固定することができ、コンピュータに関連して位置を測定することができる。

１つの利点は、異なる活性領域またはスクリーン上のソフトボタンに関連してスタイラスの位置を測定することのできるタッチスクリーンへの応用をもたらす能力である。さらなる利点は、決定された方法で紙の位置を特定するために、コンピュータケーシングを構成することができることである。ケーシングに固定されたマイクロホンによって測定される位置は、ユーザが筆記を行なう紙に関連して理解することができる。

埋込みのさらなる利点は、ホストの内部バスにアクセスすることのできる埋め込まれたデジタイザが、ホストの休眠または待機状態時に動作することができることである。したがってデジタイザは、ホストを待機状態から目覚めさせるために、またはコンピュータがそれ以外では休眠のままであるときに筆記を記録するために使用することができる。

超音波位置特定は、スタイラスのようなポインティング装置によって発行される信号に基づくことができる。一実施形態では、信号は、連続超音波搬送信号で変調された位置信号を含む連続信号である。

本発明の少なくとも１つの実施形態を詳しく説明する前に、本発明は、その適用において、下記の説明に示されるか、および／または図面において例示される構成要素および／または方法の組み立ておよび構成の細部に必ずしも限定されないことを理解しなければならない。本発明は他の実施形態が可能であり、または様々な方法で実施または実行されることが可能である。

ここで図面を参照すると、図１は、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１２および様々な種類のメモリ装置、サウンドカード、グラフィックスカード、通信装置等のような内部周辺装置１４．１、１４．２等を含む、コンピューティングシステム１０を示す。内部システムバス１６は内部周辺装置をＣＰＵ１２に接続する。内部周辺装置の１つは、関連マイクロホン２０．１．．．２０．ｎからの超音波信号をデジタル化する超音波デジタイザ１８である。超音波信号はスタイラスのような超音波位置特定装置から送られ、スタイラスからの信号はデジタル化されて、スピーカに対するスタイラスの現在の位置を提供する。デジタル化された出力はシステムバス１４に提供される。マイクロホンは実施形態ではホストコンピュータのハウジングに固定することができる。

一実施形態では、システムは内部ＣＯＤＥＣを含む。ＣＯＤＥＣはＣＰＵ１２の一部または周辺装置のいずれかとすることができる。超音波デジタイザは内部ＣＯＤＥＣに接続され、内部ＣＯＤＥＣを使用して位置を復号する。典型的には、着信超音波信号は搬送波および搬送波への変調を含む連続信号である。ＣＯＤＥＣは様々なスピーカからの変調を、例えば相互相関を用いて復号し、各スピーカらからの飛行時間を正確に抽出することができる。次いで三角測量によって位置を決定することができる。内部ＣＯＤＥＣを利用する能力は、デジタイザを内部に作成する利点である。

図２を参照すると、超音波信号はスタイラス３０のようなスタイラスに由来することができる。そのようなスタイラスは、保護ケージ３４内部に超音波発信器３２を組み込み、紙のような筆記面上に筆記するためにケージから出現するペン先端３６と同じ場所に配置することができる。

スタイラスはその位置を関連マイクロホンに送信し、かつコンピュータシステムとのユーザ対話を可能にする。

追加トランスミッタ３８は、スタイラスの向きに関する情報を提供するために、希望に応じてスタイラスの遠端に設けることができる。

筆記先端は、紙または他の筆記面に筆記するために、インクまたは黒鉛鉛筆のような任意の他の筆記媒体を使用することができる。

次に図３を参照すると、スタイラス４０はその位置を２つのマイクロホン４２および４４に送信し、それは次に信号を超音波デジタイザ４６に送る。

紙は、スタイラスがマイクロホンの範囲内にある任意の場所に自由に設置することができる。しかし、紙とスタイラスの位置との間の関係が明瞭になるように定義された位置に紙が設置された場合、精度が改善される。したがってシステムは、紙または任意の他の筆記面をシステムに対して定義された関係に収容する収容アセンブリを含むことができる。

ここで図４を参照すると、図４はそのような収容アセンブリの実施例を示す。収容アセンブリは、前の図で説明したＣＰＵ１２、バス１６、および超音波装置１８を持つシステム１０をホストするコンピュータのハウジングに配置することができる。

図４に示す通り、ラップトップハウジング５０は、共通紙サイズの隅を画定する成形品または押出し成形品５２を含む。隅が押出し成形品に配置された紙は、同じくハウジング５０に内蔵されるマイクロホン５４に対して定義された関係を有する。

一般的に、筆記を入力として使用することと、キーボードを入力として使用することは、相互に排他的であると想定されるので、この実施形態では、紙はキーボードの上に配置される。キーボードの領域を確実な筆記面に変換するために、参照符号５６によって示されるキーボードの領域を格納式フードで覆うことができる。

フードを設ける代わりに、スクリーンフラップ５８を閉じて確実な筆記面を提供することができる。５２で示されるような成形品をスクリーンフラップ５８の後部に配置してもよく、ユーザは、ラップトップを開く必要無くコンピュータに格納されるメモを記入することができる。ラップトップ自体は、後述する通り、待機状態にしておくことができる。

図４に示す通り、紙の両側にマイクロホンの組が存在する。セレクタは各組のマイクロホンをポーリングすることができ、あるいはマイクロホンを個別にポーリングして、より明瞭な信号を受信しているマイクロホンを連続的に使用するために選択することができる。したがって、例えば右利きおよび左利きのユーザは、筆記を行なっているときに特定のマイクロホンを覆い隠すかもしれず、システムは現在のユーザにとって最良のマイクロホンに自動的に切り替えることができる。

次に図５Ａおよび５Ｂを参照する。これらの図は、コンピュータ自体に干渉しない方法で紙が定義された位置に保持されるようにした、さらなる実施形態を示す。すなわち、例えば図５Ａおよび５Ｂの実施形態は外面に依存しており、キーボードまたはスクリーンのいずれをも覆い隠さないので、ユーザは紙に筆記し、しかもキーボードを使用し、かつスクリーンを見ることができる。

クリップ６０は受信器フロント６２および関連音響センサ６４を含み、クリップにはばね６６によって表面６８に当接した状態で張力が加えられる。コンピュータのハウジング７０は紙の向きを画定する整列構造を提供し、紙７２は図５Ｂに示すように整列構造内に保持される。該構成は再び、マイクロホンに対して固定された関係に紙を保持する。ハウジングの重量は紙を所定の位置に保持する。

ここで図６Ａおよび６Ｂを参照する。これらの図は、紙がクリップによって所定の位置に保持される、図５Ａおよび５Ｂの実施形態の代替例を示す。この場合、クリップには回転張力が付与される。再び、図６Ａおよび６Ｂの実施形態は外面に依存し、キーボードまたはスクリーンを覆い隠さないので、ユーザは紙に筆記し、しかもキーボードを使用し、かつスクリーンを見ることができる。

クリップ８０は、紙を収容するためにクリップを手動で持ち上げるためのレバー８１を含む。受信器フロント８２および関連音響センサ８４はクリップの本体内に配置され、クリップにはばね８６によって表面８８に当接した状態で張力が加えられる。コンピュータのハウジング９０は、紙の向きを画定する整列構造を提供し、紙９２は整列構造内に保持される。保持される紙の状態を図６Ｂに示す。該構成は、紙をマイクロホンに対して固定された関係に保持する。

ハウジング９０はスタイラスのための保持器を含むことができる。一実施形態では、保持器はスタイラスを再充電するための再充電ユニットを含むことができる。

次に図７を参照すると、図７は紙整列構造の代替的実施形態を示す。この場合、紙整列構造は格納式文鎮１００を含む。マイクロホン１０２は文鎮に内蔵され、文鎮はコード１０４を介してホストコンピュータ１０６に取り付けられる。コード１０４は受信器をホストに接続するシリアルケーブルであることができる。別の実施形態では、センサ付き「アーム」をホストの本体から展開することができる。文鎮１００は紙または紙のパッド１０８上に配置される。紙の隅を精密に配置するために挿入物１１２に誇張して示す通り、文鎮の下面には溝１１０を含むことができる。

使用後に文鎮は、ホストコンピュータのレセプタクル１１４内に収容することができる。

上記実施形態の各々は、３次元で三角測量を行なうことができるように、適切に配置された追加的マイクロホンを追加することによって、増強することができる。厚さが変動する紙のパッドを使用する場合、パッドの厚さを考慮に入れることができるようにすることによって、精度を高めることができる。追加的実施形態は、ＣＡＤプログラムまたは３次元入力を必要とする他のプログラムに入力するために、スタイラスを用いて３次元物体の縁および隅を指摘することができる。

ここで図８を参照すると、図８は、マイクロホン１２０がスクリーン１２２に対して固定された構成に配置される実施形態を示す概略図である。スクリーン１２２は活性領域またはソフトキーボードを表示し、ユーザはスクリーンと対話するためにスタイラス１２４を操作する。マイクロホンはハウジングに内蔵されるので、マイクロホンが測定する位置とスクリーン上の領域との間の関係が正確に分かる。

スクリーンを閉じた実施形態に関係して上述した通り、筆記データの格納は、ホストコンピュータが活動状態であることを必要としない。むしろホストコンピュータは、周辺装置の多くがスイッチオフされている待機状態とすることができる。したがってユーザは、コンピュータが待機状態のときに、スタイラスを使用してメモを記入することができる。コンピュータはデータを格納し、コンピュータが活動状態に切り替わったときそれを後で利用することができる。

代替的実施形態では、デジタイザは、ホストコンピュータが休眠状態のときにユーザ入力を格納するオンボードメモリを含む。ユーザ入力は、コンピュータが起動されたときに、コンピューティングシステムにダウンロードするために利用可能である。

さらなる代替的実施形態では、スタイラスを介するデジタイザの起動は、コンピューティングシステムを休眠状態から起動状態に切り替える。

上記実施形態の大部分において、紙は既知のサイズであり、定義された位置にあると想定した。しかし、紙をそのような位置に配置することは必ずしも好都合ではないかもしれない。システムは、手書きのサイズおよび方向を検出し、それを使用して紙の位置または向きを推測する較正機構を含むことができる。

２／Ｄまたは３／Ｄの位置特定の如何に関わらず、ホストマシン内部における位置特定デジタイザの埋込みに関する問題について、これからさらに詳細に説明する。

超音波デジタイザ／受信器１８〜２０は、ホスト／デスクトップ／ＭＩＤの内部に埋め込まれる。受信器は超音波信号を捕捉し、それは２／Ｄまたは３／Ｄ座標にデジタル化される。

デジタル化データは、ＵＳＢ、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ、Ｉ２Ｃ、またはいずれかの他の標準シリアルバスのようなシリアルデジタル接続などのシステムバスによって、主ＣＰＵにインタフェースされる。代替的に、データはＰＣＩ、ＰＣＭＣＩＡ等のバスを用いてパラレル接続によってインタフェースすることができる。

特定の用途は、紙または同様の筆記面と受信器との間に厳密な物理的関係を必要とするかもしれず、したがって実際のＡ４または他の標準サイズの紙をコンピュータにマッピングする必要がある。この目的のために、そのような接続を取り扱うために機械的治具を設けることができる。センサ、マイクロホン、またはトランスデューサを、紙に対して既知の位置に、紙の頂部およびその縁部等から所定の高さ、所定の位置に配置することができる。特に、筆記プロセス中にセンサに対する紙の位置が変化すると、これは実際のインクに対するデジタル化された手書きのシフトを導く副次的効果を持つので、紙の位置は変化しないことが理想的である。

マイクロホンまたは他の音響センサの配置は音響技術設計を必要とするかもしれず、２００８年３月１４日出願の出願人の同時係属国際特許出願第ＩＢ２００８／０５０９４６号、およびさらに詳しくは２００７年３月１４日出願の出願人の対応する米国特許仮出願第６０／９０６８１３号の４．５節に記載されたガイドラインに従うことができ、両方の内容を参照によって本明細書に援用する。

上述の通り、可能な利用シナリオの１つにおいて、音響またはＩＲ信号を捕捉するために音響受信器が周期的にまたは常時オンになっている間、ホストは待機モードであるかもしれない。送信器の起動は一連の事象をトリガし、たとえホストが待機モードであっても、ホストが送信に関連するデータを処理し、したがって位置をデジタル化して座標ストリーム等を格納することを可能にする。

代替的実施形態では、受信器はデータを格納するためにそれ自体のメモリを有する。ホストが起動されると、ユーザは格納されたデータを見ることができる。

記載した通り、１つの代替的使用モデルは、ホストが折り畳まれた状態である間にホストを紙パッドとみなすものである。その平坦面の１つ、例えばホストの底面またはスクリーンの裏をテーブルとみなすことができ、ハウジングの特定の面上で筆記が行なわれるときに信号を捕捉するためにセンサをそこに設けることができる。

さらなる代替例では、所定の作業領域を可能にするために、ホストからプラスチックパッドを展開することができる。

上述の通り、別の選択肢は、その伸長状態では筆記のための平坦面として働く格納式フードでキーボードを覆うことである。

別の選択肢は、多くのホストが有するマウス指パッドと同様の方法で、キーボードの前にデジタル化領域を設けるものである。

デジタイザは署名生体認証に使用されることがある。ホストコンピュータにログオンするために、ユーザは署名するように促され、こうしてパスワードを記憶するようにユーザに要求することなくセキュリティが可能になる。

さらなる実施形態では、ユーザがスクリーンを折り畳むときに、デジタイザはその機能を自動的に変化させることができる。例えば、スクリーンが開かれたときに、それはマウスとして機能することができ、それが閉じるときには、メモをファイルに保存することができる。

該技術の使用を容易化するために、ホストの周囲にセンサを埋め込むことができる。次いでセンサは、スタイラスが信号を送信しているエリアを見出すために、周期的にサンプリングされる。送信された信号に最も近接するセンサが見出されると、他のセンサは無視することができる。このようにして、ホストは左利きおよび右利きのユーザに臨機応変に適応することができる。

記載の通り、ユーザが設けられた場所にＡ４の紙を確実に配置しない場合、手書きを受け入れるようにコンピュータソフトウェアが仮想紙を較正する選択肢がある。そのような較正プロセスのための入力は、手書きを制限するエリア、および紙の配向の方向を暗示する筆記の方向をも含むことができる。

ホスト内部のハードウェアコンポーネントのコストを節約するために、受信器のハードウェアはセンサの幾つかをホストの他の機能ブロックと共用することができる。それはＩｒＤＡセンサおよびマイクロホンの両方に当てはまる。

コンポーネントの共用は２つの実施形態をもたらす。モジュール統合の実施形態および深い統合の実施形態である。モジュール統合の実施形態は一般的に上述の通りであり、ＵＳＢ、ＵＡＲＴ、ＳＰＩバス等を使用して座標、または座標を搬送する少なくともデジタル音声信号を中央処理装置に受け渡す。代替的実施形態では、座標の代わりに、ＣＯＤＥＣを終了させる音声データがバスに出力され、中央処理装置に受け渡される。

深い統合の実施形態はホストのネイティブインタフェースを使用して、ＥＰＯＳ信号をサンプリングする。提案するアーキテクチャは図９に示す通りである。

図９は基本的アーキテクチャであり、ホスト１３０は、ユニットを可能な限り小さくするために小シリコンプロセスにより製造された大部分がデジタルのユニットを含む。ＣＯＤＥＣ１３４はプロセッサのコンパニオン、コプロセッサを形成し、それはアナログ信号の調整、例えば電圧調整、例えばマイクロホン入力のためのＡＤＣ、例えばスピーカへの出力のためのＤＡＣ、振動等の大部分を処理する。ＣＯＤＥＣ１３４のアナログ性のため、それは通常、主プロセッサ１３２より大きい形状を用いて製造される。場合によっては、ＣＯＤＥＣの機能性はプロセッサ１３２自体に組み込まれることができる。ＣＯＤＥＣは音声周波数をサポートするように製造されるので、それらはしばしば２０ＫＨｚ未満の入力信号に対して最適化される。超音波の場合、そのような周波数範囲は十分ではなく、使用するＣＯＤＥＣは超音波周波数での十分な分解能、例えば５０ＫＨｚ時に４０ｄＢ（典型例）をサポートする必要がある。図９は、２つの二重帯域マイクロホン９６による実施形態を示す。

次に図１０を参照すると、図１０は、第３マイクロホンを追加的に組み込むために同期化リンクがすでに設けられ、追加のワイヤレスまたはＩＲ受信器１３８を備えた図９のホストを示す簡易図である。３つのマイクロホンが存在する場合、送信器の位置を復号するのに十分な情報がある。しかし、３つのマイクロホンを使用し、データリンクが無いことは、音響信号上にデータを符号化するなどの追加的問題を含む（データはペン側で状態をオンに切り替えることができる）。図示する通り、ＩＲまたはＲＦリンク１３８は同期化およびデータ転送の両方をサポートする。この場合のブロック図は次のようになる。

ワイヤレスリンク１３８は、ホストによってすでにサポートされているプロトコル、例えばブルートゥース、ＷｉＦｉ等、またはそれらの部分集合を使用することができる。

同期化のためのこのアーキテクチャには本質的な問題が存在する。すなわち、ブロックの各々がそれ自体のクロック源を有する。しかも、プロセッサが送信器（図示せず）と同期するように、プロセッサで実行されるソフトウェアを同期させる必要がある。

同期化は２段階で実行される。
１）ＣＯＤＥＣ対ＣＰＵの同期化：
音響サンプルバッファのオーバフローが生じると、内部割込みが発生する。この割込みを処理するＩＳＲは、フリー・ランニング・タイマ値を読み出してタイムスタンプを得る。この割込みはより高い優先順位のプロセスによってマスキングすることができるので、タイマ値のジッタは比較的大きいかもしれない。しかし、位置特定アプリケーションが実行し始める前に、このプロセスが始まるので、結果的に生じるタイミングエラーは十分なデータの受渡しによって除去することができる。
２）トランシーバ対ＣＰＵの同期化：
記載の通りＲＦまたはＩＲとすることのできるトランシーバ１３８によって有効なパケットを受信すると、割込みが発生する。割込みを処理するＩＳＲは、フリー・ランニング・タイマ値を読み出してタイムスタンプを得る。この割込みは最も高い優先順位を持つべきであり、したがってソフトウェアの実行によるタイムスタンプのジッタは最小限になる。

追加的手法は、デジタルマイクロホン（ＤＭＩＣ）を使用するものである。しかし、内部ＣＯＤＥＣは超音波範囲をサポートしないかもしれない。したがって単純明快な手法は、図１１に示すアーキテクチャを使用するものである。図１１は、二重帯域マイクロホンとホストプロセッサとの間にＣＯＤＥＣと並列に接続されたデシメーションフィルタ１４０を示す。

ＣＯＤＥＣ１３４は、クロック信号をマイクロホンおよび専用「デシメーションフィルタ」ＡＳＩＣ１４０にも提供する。ＤＭＩＣ１３６の出力はＣＯＤＥＣおよびＡＳＩＣ１４０の両方に送られる。ＡＳＩＣ１４０の出力は、ＵＡＲＴ、Ｉ２Ｓ、ＳＰＩ等のようなシリアルインタフェースによってホスト１３２にインタフェースされる。

上記実施形態に係る受信器モジュールは、図８に関連して上述した通り、タッチスクリーン用途を可能にするために使用することができる。スクリーンはソフトボタンおよび活性エリアを含むが、むしろスクリーンは事実上、スタイラスを感知するタッチスクリーンであり、デジタイザは活性エリア上のその位置を検出し、それに応じてインタラクションを解釈する。

特に図１０に関連して上述したように、第３マイクロホンをホストに追加することにより、３／Ｄデータを使用する多くの種類のアプリケーションが可能になるかもしれない。幾つかの特定の着想をここに示すが、それに限定するものではない。
１．手書き：紙の高さを補償する
２．３／Ｄジェスチャ：３／Ｄ装置はスクリーンの２／Ｄ作業環境を３／Ｄ環境に移送することができる
３．３／Ｄアプリケーション：機械的設計、グラフィックデザイン、ゲーミング

スタイラスはさらにリモートコントロールとして働き、プレイ、ページアップ、ページダウン等のようなコマンドをホストに送信する。

ホストのスクリーンが折り畳まれると、スタイラスはその機能を変化させ、プロジェクタのような第２の装置を制御し始める。

本明細書に記載する通り、受信器の較正は、ホスト内に組み立てられる前に実行することが好ましい。一手法では、受信器はその音響フロントにより、モジュールレベルで較正される。したがって、モジュールはそのような較正を可能にするように設計すべきである。

さらなる実施形態は有線ペンを使用する。この場合、ＣＰＵとそのＣＯＤＥＣとの間で同期化が必要になる。

インタフェースＩＣを使用することができる。そのようなインタフェースＩＣは専用ＩＣとすることができ、あるいはＥＥＰＲＯＭのような市販のコンポーネントとすることができる。ＥＥＰＲＯＭは、例えばシグマデルタ形式でデジタル符号化された波形を周期的に出力することができる。受動ネットワークはペンおよびＩＣネットワークを超音波送信器にインタフェースすることができる。

追加的実施形態は、測位機構の一部として温度センサを含む。温度センサは、測位システムが、温度および関連オフセットによって生じる様々な種類の測定誤差を補償することを可能にし、したがって測位精度を向上する。温度に基づく誤差源の１つは、音の速度が温度によって異なることである。したがって温度補償はアプリケーションの精度を高める。

ポインティング装置、スタイラス、ペン等は電池式とすることができ、再充電可能にすることができる。

ここで図１２を簡単に参照すると、図１２は上述した実施形態に係る測位を示している。ホストシステムは、その既存のコンポーネントを使用することによって位置を組み込む。既存のホストプロセッサ１３２およびＣＯＤＥＣ１３４は、測位システムに必要な機能を実行する。

圧力センサは、ユーザがペンに掛ける圧力をデジタル化することができる。そのようなデジタル化は、デジタル表現により「現実的な」フィードバックを加えることができる。圧力データはＩＲ／Ｒｆリンクを介して受け渡すことができ、あるいは代替的に測位データと共に超音波信号に変調することができる。

用語「スタイラス」は本明細書では、超音波信号を送信するロケータとして使用される任意のポインティング装置を指し示すために使用される。スタイラスはワイヤレスであることができる。

本出願から成熟する特許の存続期間の期間中には、多くの関連するデジタル化技術が開発されることが予想され、デジタイザの用語の範囲は、すべてのそのような新しい技術を先験的に包含することが意図される。

用語「含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ、ｉｎｃｌｕｄｅｓ、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、およびそれらの同根語は、「含むが、それらに限定されない（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｕｔ ｎｏｔ ｌｉｍｉｔｅｄ ｔｏ）」ことを意味する。この用語は、「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ）」および「から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」を包含する。

本明細書中で使用される場合、単数形態（「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」）は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、複数の参照物を包含する。

明確にするため別個の実施形態の文脈で説明されている本発明の特定の特徴が、単一の実施形態に組み合わせて提供されることもできることは分かるであろう。逆に、簡潔にするため単一の実施形態で説明されている本発明の各種の特徴は別個にまたは適切なサブコンビネーションで、あるいは本発明の他の記載される実施形態において好適なように提供することもできる。種々の実施形態の文脈において記載される特定の特徴は、その実施形態がそれらの要素なしに動作不能である場合を除いては、それらの実施形態の不可欠な特徴であると見なされるべきではない。

本発明はその特定の実施態様によって説明してきたが、多くの別法、変更および変形があることは当業者には明らかであることは明白である。従って、本発明は、本願の請求項の精神と広い範囲の中に入るこのような別法、変更および変形すべてを包含するものである。

本明細書で挙げた刊行物、特許および特許出願はすべて、個々の刊行物、特許および特許出願が各々あたかも具体的にかつ個々に引用提示されているのと同程度に、全体を本明細書に援用するものである。さらに、本願で引用または確認したことは本発明の先行技術として利用できるという自白とみなすべきではない。節の見出しが使用されている程度まで、それらは必ずしも限定であると解釈されるべきではない。

Claims (25)

1. クロックを有するプロセッサ、内部周辺装置、前記プロセッサの外部にあるＣＯＤＥＣ、および前記内部周辺装置を前記プロセッサに接続するシステムバスを備えたコンピューティングシステムであって、前記内部周辺装置の１つが超音波周波数をデジタル化するように構成された超音波デジタイザを含み、前記デジタイザが、前記システムバスへのアクセスを有し、少なくとも２つの関連マイクロホンからの超音波信号を対応するデジタル化音響出力にデジタル化し、かつ前記デジタル化音響出力を前記システムバスに信号として出力するように構成され、前記デジタル化音響出力は、復号された測位装置の位置を含み、前記超音波デジタイザは、前記ＣＯＤＥＣに接続され、前記ＣＯＤＥＣを使用して前記位置を復号し、前記ＣＯＤＥＣは前記クロックと同期されている、コンピューティングシステム。
2. スタイラスをさらに含み、スタイラスはその位置を前記関連マイクロホンに送信するための超音波送信器を組み込んで、前記コンピュータシステムとのユーザ対話を可能にし、スタイラスはさらに表面上で指し示すための先端を備える、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
3. 前記先端は筆記用先端であり、紙に筆記するためにインクが使用可能であり、前記システムは、前記システムとの定義された関係に紙を収容するための収容アセンブリを含む、請求項２に記載のコンピューティングシステム。
4. ホストコンピュータハウジングを含み、前記紙収容システムは紙整列構造を含み、前記紙整列構造は、前記少なくとも２つのマイクロホンに対し固定された関係に紙を保持する構成を含む、請求項３に記載のコンピューティングシステム。
5. 前記紙整列構造は前記ハウジングに内蔵される、請求項４に記載のコンピューティングシステム。
6. 前記紙整列構造は筆記パッドとして前記ハウジングの一部を構成する、請求項５に記載のコンピューティングシステム。
7. 前記ハウジングはキーボードを含み、前記筆記パッドを形成するために前記キーボード上にカバリングが伸長可能である、請求項５に記載のコンピューティングシステム。
8. 前記紙整列構造は、その片側を中心に第１組の少なくとも２つのマイクロホンと、その第２側を中心に第２組の少なくとも２つのマイクロホンと、どちらがより明瞭な信号を受信するかによって前記それぞれの側のマイクロホンの間で選択するためのセレクタとを含む、請求項４に記載のコンピューティングシステム。
9. 前記ハウジングは、スタイラスのための再充電用ホルダを含む、請求項４に記載のコンピューティングシステム。
10. 前記紙整列構造は前記ハウジングに対して紙を保持する張力クリップを含む、請求項４に記載のコンピューティングシステム。
11. 前記張力は回転張力および線形張力から成る群の１つの張力である、請求項１０に記載のコンピューティングシステム。
12. 前記紙整列構造は格納式文鎮を含み、前記少なくとも２つのマイクロホンは前記文鎮に内蔵され、前記文鎮はコードを介して前記ホストに取り付けられる、請求項４に記載のコンピューティングシステム。
13. ３次元位置のための第３マイクロホンをさらに含む、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
14. 前記３次元位置を使用して、前記位置を計算するときに紙の高さについて補償するように構成された、請求項１３に記載のコンピューティングシステム。
15. 前記デジタイザの起動により、前記コンピューティングシステムが休眠状態から起動状態に切り替わるように構成された、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
16. 前記デジタイザは、前記コンピューティングシステムが休眠状態にあるときにユーザ入力を格納するメモリを含み、該ユーザ入力はその後、前記コンピューティングシステムによってアクセス可能である、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
17. 前記デジタイザからの入力を受け入れ、それ以外は休眠状態を維持するように構成された、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
18. 手書きのサイズおよび方向を検出し、かつ紙の位置または向きを推測するための較正機構を有するように構成された、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
19. コンピュータハウジングを含み、前記少なくとも２つのマイクロホンは前記ハウジングに対して固定関係にある、請求項１に記載のコンピューティングシステム。
20. システムクロックを有するプロセッサと、測位装置の測位を提供するための測位ユニットとを備えたコンピューティングシステムであって、前記プロセッサが、前記プロセッサの外部にあるＣＯＤＥＣに結合されており、前記ＣＯＤＥＣが、少なくとも２つの関連マイクロホンを介して受信された前記測位装置の超音波信号をデジタル化して、対応する測位装置の位置を得るようにさらに処理可能な信号を前記プロセッサに提供し、前記プロセッサが、前記提供された測位に対し前記システムクロックを同期させるための同期化ユニットを含むように構成され、前記提供された測位のための前記同期は、前記ＣＯＤＥＣを前記システムクロックと同期させることを含む、コンピューティングシステム。
21. ポインティング装置と同期するワイヤレスユニットをさらに含み、該ユニットはさらに、追加マイクロホンからデータを受信するように構成される、請求項２０に記載のコンピューティングシステム。
22. 連続超音波搬送波に変調される位置信号を使用するように構成された、請求項２０に記載のコンピューティングシステム。
23. スクリーンをさらに含み、前記少なくとも２つの関連マイクロホンは前記スクリーンの周りに固定され、タッチスクリーン用途をもたらす、請求項２０に記載のコンピューティングシステム。
24. システムは、ポインティング装置と同期するためのワイヤレストランシーバを備え、前記提供された測位のための同期化は、前記システムクロックを前記ワイヤレストランシーバに同期させることを含む、請求項２０に記載のコンピューティングシステム。
25. 前記ワイヤレスユニットは、ワイヤレスネットワーキングのためのシステム内蔵ユニットである、請求項２１に記載のコンピューティングシステム。