FR2712103A1 - Orientable mobile instrument for electromagnetic digitizer system - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a mobile instrument and the associated process enabling the digitizer system to determine the position and orientation of this instrument. The mobile instrument includes two parallel coils whose centres are offset in such as way as to specify its orientation relative to the axis of one of the said coils, the coil (1) whose axis is the orientation reference being used to determine the origin and the other coil (2) being used to determine the end of the orientation vector, one of the positions thus determined being at the same time the position of the said mobile instrument. By virtue of its orientation, this mobile instrument is particularly suitable for any computer-aided graphic art applications. The graphical interfaces of general use can benefit therefrom by adding to the point and click concepts, a third orient concept which is just as natural as the others.

Description

INSTRUMENT MOBILE ORIENTABLE
POUR SYSTEME NUMERISEUR ELECTROMAGNETIQUE
Domaine technique de l'invention
La présente invention se rapporte à un système numériseur électromagnétique comprenant un instrument mobile et une surface active fixe, et concerne plus particulièrement l'instrument mobile et le procédé associé permettant de lui déterminer la position et l'orientation par rapport à ladite surface active et l'état de ses boutons.ORIENTABLE MOBILE INSTRUMENT
FOR ELECTROMAGNETIC SCANNING SYSTEM
Technical field of the invention
The present invention relates to an electromagnetic digitizer system comprising a mobile instrument and a fixed active surface, and more particularly relates to the mobile instrument and the associated method for determining its position and orientation with respect to said active surface and the state of its buttons.

Arrière plan de l'invention
Le domaine des systèmes numériseurs connaît plusieurs versions de réalisation basées sur le phénomène d'induction électromagnétique. Tous ces systèmes comportent un instrument mobile muni d'une bobine et plusieurs boutons dont certains peuvent être sensibles à la pression et une surface comprenant des réseaux de conducteurs orientés selon deux axes rectangulaires, appelée surface active. Dans ces systèmes numériseurs, soit l'instrument mobile induit des signaux électriques dans les conducteurs de la surface active, soit certains conducteurs de la surface active induisent des signaux électriques dans la bobine de l'instrument active.Background of the invention
The field of digitizing systems knows several embodiments based on the phenomenon of electromagnetic induction. All these systems comprise a mobile instrument provided with a coil and several buttons, some of which may be sensitive to pressure and a surface comprising networks of conductors oriented along two rectangular axes, called the active surface. In these digitizing systems, either the mobile instrument induces electrical signals in the conductors of the active surface, or some conductors of the active surface induce electrical signals in the coil of the active instrument.

Si la surface active est connectée au contrôleur du numériseur dans tous les cas, par contre, l'instrument mobile peut être ou non relié par câble au même contrôleur et il y a donc des réalisations avec ou sans fil. L'instrument mobile sans fil, lui aussi peut avoir soit une alimentation propre, soit il peut ne pas en avoir besoin comme dans le cas des systèmes numériseurs utilisant de plus la résonance. If the active surface is connected to the digitizer controller in all cases, however, the mobile instrument may or may not be connected by cable to the same controller and there are therefore wired or wireless implementations. The mobile wireless instrument, too, may have either a clean power supply or it may not need it as in the case of digitizing systems using more resonance.

Dans tous les cas, le signal induit, en corrélation avec le signal inducteur, est porteur de l'information permettant de déterminer la position de l'élément mobile par rapport à la surface active. Les brevets US n" 4.423.286 (Bergeron), US n" 4.734.546 (Landmeier), US n" 4.794.208 (Watson) et US nO 4.820.886 (Watson) décrivent des systèmes numériseurs dans lesquels la position est déterminée par le traitement numérique des échantillons du signal différence de phase entre le signal d'excitation et le signal induit. Dans les cas cités ci-dessus, la bobine de l'instrument mobile induit des signaux électriques dans les conducteurs de la surface active. In all cases, the induced signal, in correlation with the inductive signal, carries information enabling the position of the mobile element to be determined with respect to the active surface. US Pat. Nos. 4,423,286 (Bergeron), US 4,734,546 (Landmeier), US 4,794,208 (Watson) and US 4,820,886 (Watson) describe scanning systems in which the position is determined. by the digital processing of the samples of the phase difference signal between the excitation signal and the induced signal In the cases mentioned above, the coil of the mobile instrument induces electrical signals in the conductors of the active surface.

Dans d'autres systèmes numériseurs, un circuit de détection de l'inversion de phase des signaux induits dans les conducteurs balayés produit une impulsion d'arrêt d'un compteur de position qui a été incrémenté pendant le balayage (voir le brevet
US n" 4.210.775 , Rodgers et al.).In other digitizer systems, a circuit for detecting phase inversion of the signals induced in the scanned conductors produces a stopping pulse of a position counter which has been incremented during scanning (see patent
US 4,210,775, Rodgers et al.).

Des systèmes numériseurs électromagnétiques avec instruments mobiles sans fil sont décrits, par exemple, dans les brevets US nO 5.128.499 (Morita), US nO 5.220.324 (Morita), US n" 5.120.907 (Shiubori), US n" 5.160.813 (Watson) et US n" 5.235.142 (Landmeier et al).  Electromagnetic digitizing systems with wireless mobile instruments are described, for example, in US Patent Nos. 5,128,499 (Morita), US Patent No. 5,220,324 (Morita), US No. 5,120,907 (Shiubori), US No. 5,160 .813 (Watson) and US Pat. No. 5,235,142 (Landmeier et al).

En fonction du type d'application pour lequel le système numériseur est destiné, l'instrument mobile peut avoir l'aspect d'un stylet or d'une souris. Le stylet permet une facilite de manipulation dans le détriment de la précision de détection de ces coordonnées. L'inclinaison du stylet se retrouve dans l'angle de sa bobine par rapport à la surface active, et par conséquent cet angle se reflète dans la forme des signaux induits. D'une façon générale, la souris est munie d'une optique comportant un réticule pour augmenter la précision de la saisie et des boutons interrupteurs dont le nombre varie entre 1 et 16. Depending on the type of application for which the digitizer system is intended, the mobile instrument may look like a gold pen or a mouse. The stylus allows ease of manipulation in detriment of the accuracy of detection of these coordinates. The inclination of the stylet is reflected in the angle of its coil with respect to the active surface, and therefore this angle is reflected in the shape of the induced signals. In general, the mouse is provided with an optic comprising a reticle to increase the accuracy of the input and switch buttons whose number varies between 1 and 16.

La compensation des erreurs de détermination des coordonnées par des moyens de traitement numérique est plus souvent abordée dans le dernier temps. The compensation of coordinate determination errors by digital processing means is more often discussed in the last time.

Dans ce sens, le brevet US nO 5.198.623. (Landmeier), décrit une méthode pour déterminer l'angle d'inclinaison d'un stylet par rapport à la surface active dans un système numériseur comme celui décrit, par exemple, dans le brevet US n" 5.235.142 accordé au même auteur. La valeur de cet angle sert pour corriger la position de la pointe du stylet et peut être utilisée directement dans certaines applications graphiques.In this sense, US Patent No. 5,198,623. (Landmeier) describes a method for determining the tilt angle of a stylet relative to the active surface in a digitizer system such as that described, for example, in US Patent No. 5,235,142 to the same author. The value of this angle is used to correct the position of the pen tip and can be used directly in some graphics applications.

D'autre part, le besoin des systèmes numériseurs permettant plus de facilités de communication avec les applications de conception assistée par ordinateur, augmente le nombre de grandeurs qui caractérisent l'état de l'instrument mobile et son interaction avec la surface active. Un exemple dans ce sens est le stylet avec bouton latéral sensible à la pression décrit dans le brevet EP0428969 (Purcell). Le brevet US n" 5.061.828 (Purcell) a certains éléments communs avec celui précédemment cité et concerne un stylet "calligraphique", avec l'axe Z contrôlée par la pression latérale au niveau de sa pointe, simulant un stylo à plume. Le signal Z est fournis par un capteur à effet Hall placé dans un mécanisme sensible à la pression et qui comporte également une bobine d'excitation. On the other hand, the need for digitizing systems to facilitate communication with computer-aided design applications increases the number of variables that characterize the state of the mobile instrument and its interaction with the active surface. An example in this sense is the stylet with pressure sensitive side button described in EP0428969 (Purcell). US Patent No. 5,061,828 (Purcell) has certain elements in common with that previously cited and relates to a "calligraphic" stylus, with the Z axis controlled by lateral pressure at its tip, simulating a fountain pen. Z signal is provided by a Hall effect sensor placed in a pressure sensitive mechanism and which also includes an excitation coil.

Dans ce sens, le brevet US n" 5.004.872 (Lasley), décrit un numériseur associant une troisième coordonnée Z à la pression exercée sur la pointe d'un stylet munis d'un traducteur linéaire de pression placé dans son axe. Dans ce cas, la caractéristique Z est programmable. Ce numériseur dispose d'un seul microcontrôleur qui acquière séquentiellement les coordonnées (X, Y, Z), en utilisant chaque fois le même convertisseur A/D. In this sense, US Pat. No. 5,004,872 (Lasley) describes a digitizer associating a third coordinate Z with the pressure exerted on the tip of a stylet provided with a linear pressure transducer placed in its axis. In this case, the characteristic Z is programmable.This digitizer has a single microcontroller which sequentially acquires the coordinates (X, Y, Z), each using the same A / D converter.

La tablette graphique à capacité N-dimensionnelle faisant l'objet du brevet US n" 5.111.005, accordé à Smith, est basée sur un numériseur conventionnel comme ceux décrits ci-dessus, comportant de plus des pilotes logiciels s'interposant entre celui-ci et l'application graphique et agissant à l'action des boutons interrupteurs de son curseur (souris). The N-dimensional capacity graphics tablet of US Pat. No. 5,111,005 to Smith is based on a conventional digitizer as described above, further including software drivers interposed therebetween. ci and the graphical application and acting on the action of the switch buttons of its cursor (mouse).

L'orientation d'un l'instrument mobile utilisé comme périphérique d'entré dans un ordinateur peut avoir une large applicabilité dans les systèmes graphiques. Dans ce sens, le brevet US n" 7.416.142 décrit une souris optique orientable et son interface avec un ordinateur. Les brevets WO 9105326 (EP 0451220) et WO 9109394 (Vivien Cambridge) décrivent des systèmes graphiques basés sur la souris optique orientable ci-dessus. Cette réalisation a deux inconvénients majeurs qui limite son applicabilité, le premier consistant en ce que la souris détecte une position relative, comme les souris à bille et le deuxième consistant en ce que les objets opaques ne sont pas admis entre son corps et son tapis spécial. Les inconvénients cidessus sont éliminés par la présente invention. The orientation of a mobile instrument used as a computer input device may have wide applicability in graphics systems. In this sense, US Pat. No. 7,416,142 discloses a steerable optical mouse and its interface with a computer, WO 9105326 (EP 0451220) and WO 9109394 (Vivien Cambridge) disclose graphic systems based on the adjustable optical mouse. This embodiment has two major drawbacks which limit its applicability, the first being that the mouse detects a relative position, such as ball mice and the second consisting in that opaque objects are not admitted between its body and The above disadvantages are eliminated by the present invention.

Dans les exemples cités ci-dessus, la capacité multidimensionnelle réelle est réduite en effet au deux coordonnées dans le plan de la surface active et une troisième étant relié à une pression saisie d'une façon spécifique, aspect qui constitue une limitation par rapport aux besoins des interfaces des applications graphiques d'art, traitement d'image ou simulation. La présente invention élimine cette limitation, proposant un instrument mobile qui même dans sa version de base a une capacité tridimensionnelle réelle dans le plan de la surface active: la position (X, Y) et l'orientation. Cette capacité de base est augmentée par un nombre variable de boutons, choisis sensibles ou non à la pression en fonction du domaine d'application et disposés sur son corps selon des critères d'ergonomie concernant l'action des doigts par rapport à sa prise en main pendant l'utilisation. In the examples cited above, the actual multidimensional capacitance is indeed reduced to the two coordinates in the plane of the active surface and a third is related to a pressure captured in a specific way, which aspect is a limitation with respect to the needs. interfaces of graphic art applications, image processing or simulation. The present invention eliminates this limitation, proposing a mobile instrument which even in its basic version has a real three-dimensional capacity in the plane of the active surface: the position (X, Y) and the orientation. This basic capacity is increased by a variable number of buttons, chosen sensitive or not to pressure depending on the field of application and arranged on his body according to ergonomic criteria concerning the action of the fingers in relation to its grip. hand during use.

Un autre but de cette invention est de réduire la sollicitation du contrôleur du système numériseur, l'instrument mobile déterminant lui même l'état de ses boutons. Another object of this invention is to reduce the solicitation of the controller of the digitizer system, the mobile instrument itself determining the state of its buttons.

Exposé de l'invention
Selon un premier aspect de cette invention, l'instrument mobile, quelle que soit son aspect, souris (appelé aussi curseur) or stylet, comporte deux bobines parallèles dont les centres sont décalés de telle façon pour lui préciser une orientation. Une bobine principale est centrée sur l'axe de vision (réticule) et correspond à la position de l'instrument mobile et à l'origine du vecteur orientation, tandis que la deuxième, dite d'orientation, est décalée afin de déterminer l'extrémité du vecteur orientation de celuici. Le principe consiste à déterminer les coordonnées des centres des bobines pour une même position de l'instrument. Les coordonnées de la bobine principale seront la position numérisée selon l'art, et la différence entre les coordonnées de la bobine d'orientation et celle principale préciseront l'orientation. Presentation of the invention
According to a first aspect of this invention, the mobile instrument, whatever its appearance, mouse (also called cursor) or stylus, comprises two parallel coils whose centers are offset in such a way to specify an orientation. A main coil is centered on the axis of vision (reticle) and corresponds to the position of the moving instrument and the origin of the orientation vector, while the second, so-called orientation, is shifted to determine the end of the vector orientation of it. The principle consists of determining the coordinates of the centers of the coils for the same position of the instrument. The coordinates of the main coil will be the digitized position according to the art, and the difference between the coordinates of the orientation coil and the main one will specify the orientation.

Selon un second aspect de l'invention, l'instrument mobile peut comporter un certain nombre de boutons en tant que moyens sensibles au doigts de l'opérateur, dont certains pourront être de simples interrupteurs ou reliés à des différents types de traducteurs et convenablement disposés sur le corps de l'instrument mobile. According to a second aspect of the invention, the mobile instrument may comprise a certain number of buttons as means sensitive to the fingers of the operator, some of which may be simple switches or connected to different types of translators and suitably arranged. on the body of the moving instrument.

Selon un troisième aspect de l'invention, l'instrument mobile détermine lui même l'état de ces boutons et pour ceci il comporte son propre microcontrôleur. According to a third aspect of the invention, the mobile instrument itself determines the state of these buttons and for this it includes its own microcontroller.

L'état ci-dessus est codé de façon convenable dans un paquet binaire est transmis sur demande au contrôleur du système numériseur.The above state is suitably encoded in a binary packet and is transmitted on request to the digitizer system controller.

Selon un autre aspect de l'invention, certains paramètres de ces boutons sensibles à la pression sont programmables pour personnaliser le comportement de l'instrument mobile selon les aptitudes de son utilisateur et le mode de fonctionnement choisi. According to another aspect of the invention, certain parameters of these pressure-sensitive buttons are programmable to customize the behavior of the mobile instrument according to the abilities of its user and the mode of operation chosen.

Présentation des dessins
Les caractéristiques et avantages ci-dessus ainsi que d'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de l'exposé détaillé suivant, donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par cinq figures annexées, parmi lesquelles:
la figure 1 est schéma bloc générale montrant la structure de l'instrument mobile orientable conforme à l'invention;
les figures 2a-2c montrent les deux variantes de positionnement des bobines et respectivement la diagramme du vecteur orientation;
la figure 3 montre un exemple non limitatif de schéma de réalisation préféré de l'instrument mobile en version stylet.Presentation of drawings
The above features and advantages as well as other features and advantages of the invention will be better understood on reading the following detailed description, given by way of non-limiting example and illustrated by five appended figures, among which:
Figure 1 is a block diagram showing the structure of the steerable mobile instrument according to the invention;
FIGS. 2a-2c show the two variants of positioning of the coils and respectively the vector orientation diagram;
Figure 3 shows a non-limiting example of a preferred embodiment of the stylus-style mobile instrument.

Exposé détaillé de I'invention
Pour une description plus claire de la construction et du fonctionnement des systèmes numériseurs, sont donnés en référence les brevets cités ci-dessus. Certains détails ne sont pas nécessaires pour comprendre la présente invention. Par exemple, pour cette invention il n'est pas important la géométrie or la façon de sélectionner les conducteurs des grilles de la surface active, individuellement or en groupe. Il est non plus important la façon de traitement des signaux analogiques pour déterminer la position sur une axe de la surface active, ni si l'instrument mobile est inducteur est la surface active est l'antenne, or réciproquement, tous ces éléments étant bien connus dans l'art.Detailed description of the invention
For a clearer description of the construction and operation of digitizing systems, reference is made to the patents cited above. Some details are not necessary to understand the present invention. For example, for this invention it is not important geometry or how to select conductors of grids of an active surface, individually or in a group. Nor is the way of processing the analog signals to determine the position on an axis of the active surface, nor if the moving instrument is inductive is the active surface is the antenna, or conversely, all these elements being well known in art.

Selon la figure 1, l'instrument mobile orientable conforme à l'invention comporte deux bobines (1) et (2) dont les centres Ol et 2 sont décalés par construction, pour lui préciser une orientation définie par le vecteur d'orientation ayant l'origine dans le point O1 et l'extrémité dans le point O2. Les centres des bobines sont localisés l'un après l'autre, selon l'un quelconque procédé de l'art, dont certains exemples sont décrits dans des brevets cités dessus. La position du centre Ol est déterminée par le système numériseur en tant que position de l'instrument mobile et qui sera ensuite communiquée au système hôte et par conséquent, la bobine (1) est appelée bobine principale et elle correspond à la bobine de l'instrument mobile dans les systèmes de l'art antérieur. According to FIG. 1, the steerable mobile instrument according to the invention comprises two coils (1) and (2) whose centers Ol and 2 are offset by construction, to specify an orientation defined by the orientation vector having origin in the point O1 and the end in the point O2. The centers of the coils are located one after the other, according to any method of the art, some examples of which are described in patents cited above. The position of the center O1 is determined by the digitizer system as the position of the moving instrument and which will then be communicated to the host system and therefore the coil (1) is called the main coil and corresponds to the coil of the mobile instrument in the systems of the prior art.

De façon spécifique à cette invention, la deuxième bobine (2) est appelée bobine d'orientation et la position de son centre 02 précise l'orientation de l'instrument mobile par rapport à la surface active du système numériseur. On trouvera plusieurs versions de placement des bobines (1) et (2) satisfaisant les conditions ci-dessus, parmi lesquelles, la figure 2a montre le cas de positionnement dans le même plan, les bobines ayant des diamètres différents et la figure 2b montre le cas des bobines identiques, décalées dans des plans parallèles. On comprendra que la solution pratique de construction et de placement des bobines ci-dessus soit adaptée à la forme de l'instrument mobile et aux caractéristiques du système numériseur et que le sens du vecteur orientation pourra être aussi bien 0201.  Specifically to this invention, the second coil (2) is called the orientation coil and the position of its center 02 specifies the orientation of the moving instrument relative to the active surface of the digitizer system. Several placement versions of the coils (1) and (2) satisfying the above conditions can be found, among which, Figure 2a shows the case of positioning in the same plane, the coils having different diameters and Figure 2b shows the case of identical coils, shifted in parallel planes. It will be understood that the practical solution of construction and placement of the above coils is adapted to the shape of the moving instrument and the characteristics of the digitizer system and that the direction of the orientation vector can be 0201 as well.

La figure 2c est le diagramme du vecteur orientation. Avec la notation de coordonnées l(Xl, Y1) et 02(X2, Y2), l'orientation sera déterminée soit: a) en tant que vecteur précisé par ces projections sur les axes du système de
coordonnées relié à la surface active du système numériseur, (#x, #y): Ax--X2-X1 ; #y = Y2 - Y1 ; b) ou en tant que angle de rotation Q défini par exemple par rapport à l'axe lx,
selon les formules suivantes dans lesquelles = arctg (IAyI / lAxi):
si alors
Ax > OetAy > O a=ss,
Ax < OetAy20 a=7r
Ax # 0 et #y # 0 &alpha; = # + ss,
#x # 0 et #y # 0 a=2s-ss. Figure 2c is the diagram of the orientation vector. With the coordinate notation l (Xl, Y1) and 02 (X2, Y2), the orientation will be determined either: a) as a vector specified by these projections on the axes of the system of
coordinates connected to the active surface of the digitizer system, (#x, #y): Ax - X2 - X1; #y = Y2 - Y1; b) or as a rotation angle Q defined for example with respect to the axis lx,
according to the following formulas in which = arctg (IAyI / lAxi):
if then
Ax>OetAy> O a = ss,
Ax <OetAy20 a = 7r
Ax # 0 and #y # 0 &alpha; = # + ss,
#x # 0 and #y # 0 a = 2s-ss.

L'homme de l'art observera que les problèmes de correction des erreurs selon la vitesse de mouvement de l'instrument mobile sont les mêmes que dans les systèmes antérieurs. Si nécessaire, une solution de compensation peut être implémentée (pour plus de détails, se reporter par exemple, aux brevets US n 5.229.551 - McDermott et al. et US n 5.198.623. - Landmeier). Parce que le traitement numérique nécessité par les corrections ci-dessus peut réduire la fréquence d'échantillonnage de l'instrument mobile (position, orientation, état) par le chargement excessif du contrôleur du système numériseur, pour les versions complexes il est préférable de déterminé l'état par des moyens résidents dans l'instrument mobile, comme il sera décrit ci-après. Those skilled in the art will observe that the error correction problems according to the speed of movement of the moving instrument are the same as in previous systems. If necessary, a compensation solution may be implemented (for more details, see for example, US Patent Nos. 5,229,551 - McDermott et al., And US 5,198,623 - Landmeier). Because the digital processing required by the above corrections can reduce the sampling frequency of the moving instrument (position, orientation, state) by excessive loading of the digitizer system controller, for complex versions it is better to determine the state by resident means in the mobile instrument, as will be described hereinafter.

Par contre, l'orientation de l'instrument mobile selon l'invention ne réclame pas de procédure spécifique de calibration expérimentale, comme c'est le cas de la méthode décrite dans le brevet US n" 5.198.623. (Landmeier) cité ci-dessus. La résolution de l'angle de rotation caractérisant l'orientation de l'instrument mobile est fonction de la distance 0102, réalisée par construction, et de la résolution spécifique du système numériseur. On the other hand, the orientation of the mobile instrument according to the invention does not require any specific experimental calibration procedure, as is the case with the method described in US Patent No. 5,198,623 (Landmeier) cited above. The resolution of the angle of rotation characterizing the orientation of the moving instrument is a function of the distance 0102, produced by construction, and the specific resolution of the digitizer system.

L'instrument mobile selon l'invention comporte des moyens sensibles à l'action des doigts de l'utilisateur, representés par m boutons interrupteurs SW (5.1),
(5.m), m 2 1 et n boutons sensibles à la pression SSP (6.1),.., (6.n), n > O, disposés sur son corps selon des critères ergonomiques concernant l'action des doigts, leurs états individuels définissant ce qui est appelé l'état de l'instrument mobile. Les boutons du type SW, connectés éventuellement dans une matrice de décodage et les boutons SSP, nécéssitant ou non un circuit de coditionnement analogique (7.1),.The mobile instrument according to the invention comprises means responsive to the action of the fingers of the user, represented by m switch buttons SW (5.1),
(5.m), m 2 1 and n pressure sensitive buttons SSP (6.1), .., (6.n), n> O, arranged on its body according to ergonomic criteria concerning the action of the fingers, their individual states defining what is called the state of the moving instrument. SW type buttons, possibly connected in a decoding matrix and SSP buttons, whether or not an analog coding circuit (7.1) ,.

(7.n), sont gérés par un microcontrôleur (8) comportant aussi des moyens de sélection et de conversion analogique-numérique. Le microcontrôleur de l'instrument mobile converti les données ainsi saisies dans un paquet binaire constituant l'état de l'instrument mobile. Ce paquet sera envoyé à la demande au contrôleur du système numériseur par l'interface série bidirectionnelle (9) dont les moyens de communication sont compris dans le même contrôleur (8). Une alimentation (10) est prévue pour les versions de l'instrument mobile comportant des moyens de conditionnement des états des boutons ci-dessus.(7.n), are managed by a microcontroller (8) also comprising means of selection and analog-digital conversion. The microcontroller of the mobile instrument converts the data thus entered in a binary packet constituting the state of the mobile instrument. This packet will be sent on demand to the digitizer system controller via the bidirectional serial interface (9) whose communication means are included in the same controller (8). A power supply (10) is provided for versions of the mobile instrument having means for conditioning the states of the buttons above.

Le microcontrôleur (8) comportant les moyens de traitement numérique des signaux provenant des boutons SSP, pourra également modifier certains paramètres, par exemple la sensibilité d'un bouton SSP quelconque, selon la volonté de l'utilisateur. L'interface de programmation d'un système numériseur devra être étendue pour supporter l'option cidessus.  The microcontroller (8) comprising the digital signal processing means from the SSP buttons, may also change some parameters, for example the sensitivity of any SSP button, according to the will of the user. The programming interface of a digitizer system should be expanded to support the above option.

La figure 3 montre un exemple non limitatif de schéma de réalisation préféré de l'instrument mobile en version stylet, les bobines étant disposées dans sa pointe et comportant un bouton interrupteur SW (5.1) et deux boutons sensibles à la pression
SSP (6.1), (6.2) avec les amplificateurs associés (7.1) et (7.2), l'ensemble étant gérés par le microcontrôleur (8). La figure 3 suggère également l'emplacement des divers éléments dans le corps du stylet. Dans cet agencement preféré, le bouton interrupteur (5.1) et le bouton sensible à la pression (6.1) sont placés latéralement, dans l'immédiat de la pointe du stylet, le plus proche de la dite pointe étant le bouton (5.1). Le bouton (6.2) est sensible à la pression exercée au niveau de la pointe du stylet qui lui est transmise par une tige (11) placée dans l'axe du stylet se confondant avec l'axe 0101' de la bobine principale (1). Cette tige dont la pointe 1 vise les points à numériser sur la surface active, peut être amovible et remplacée par une réserve de stylo à bille ayant les mêmes dimensions physiques, comme c'est bien connu dans l'art
Dans la version d'instrument mobile décrite ci-dessus, l'agencement des boutons satisfait aux critères ergonomiques concernant l'action des doigts par rapport à sa prise en main pendant l'utilisation. Le stylet est tenu dans la main entre le pouce et le majeur, manoeuvré comme un stylo et l'index doit accéder au boutons latéraux de telle façon qui'l puisse les actionner facilement. Par conséquent, le mouvement,
I'orientation et la pression axiale du stylet sont contrôlées par l'action conjointe du puce et du majeur.FIG. 3 shows a nonlimiting example of a preferred embodiment of the stylus-style mobile instrument, the coils being arranged in its tip and comprising a SW (5.1) button and two pressure-sensitive buttons.
SSP (6.1), (6.2) with the associated amplifiers (7.1) and (7.2), all being managed by the microcontroller (8). Figure 3 also suggests the location of the various elements in the pen body. In this preferred arrangement, the switch button (5.1) and the pressure sensitive button (6.1) are placed laterally, in the immediate vicinity of the tip of the stylus, the closest to said tip being the button (5.1). The button (6.2) is sensitive to the pressure exerted on the tip of the stylus which is transmitted to it by a rod (11) placed in the axis of the stylet merging with the axis 0101 'of the main coil (1) . This rod, the tip 1 of which targets the points to be digitized on the active surface, may be removable and replaced by a ballpoint pen holder having the same physical dimensions, as is well known in the art.
In the mobile instrument version described above, the button arrangement satisfies the ergonomic criteria concerning the action of the fingers with respect to its grip during use. The pen is held in the hand between the thumb and middle finger, manipulated like a pen and the index finger must access the side buttons in such a way that it can easily operate. Therefore, the movement,
The orientation and the axial pressure of the stylet are controlled by the joint action of the chip and middle finger.

De façon indicative, dans une application d'art graphique assistée par ordinateur, le bouton (5.1) peut servir pour sélectionner (cliquer) une option dans un menu commandé par l'orientation du stylet, par exemple un pinceau avec section rectangulaire, ensuite la pression exercée sur la pointe contrôlera l'épaisseur du trait et la pression sur le bouton latéral (6.1) contrôlera la couleur tandis que le pinceau suivra l'orientation et le mouvement de la main.As an indication, in a computer graphic art application, the button (5.1) can be used to select (click) an option in a menu controlled by the orientation of the stylus, for example a brush with rectangular section, then the The pressure on the tip will control the line thickness and the pressure on the side button (6.1) will control the color while the brush will follow the orientation and movement of the hand.

Dans cet exemple de réalisation, les bobines sont placées selon la variante de montage montrée dans la figure 2a, chacune avec une connexion à la masse, et les autres connexions DRV L1 et DRV~L2 reliées par le câble (13) directement au connecteur (14). Le microcontrôleur (8) avec les autres éléments électroniques du stylet sont montés sur un circuit imprimé (12). Pour réduire le nombre de fils dans le câble de connexion (13), on utilise une interface série bidirectionnelle (9) avec deux fils. Le contrôleur du système numériseur gère le signal de synchronisation SCL, les données et les adresses étant échangées par la ligne bidirectionnelle SDA
Quoique dans cette description les bobines soient pilotées directement par le contrôleur du système numériseur, on comprendra que d'autres versions dans l'esprit et le but de cette invention sont possibles. Par exemple, dans le cas des versions sans fils, les bobines seront pilotées par des moyens résidents dans le corps même de l'instrument mobile.In this exemplary embodiment, the coils are placed according to the mounting variant shown in FIG. 2a, each with a connection to ground, and the other DRV connections L1 and DRV ~ L2 connected by the cable (13) directly to the connector ( 14). The microcontroller (8) with the other electronic elements of the stylus are mounted on a printed circuit board (12). To reduce the number of wires in the connection cable (13), a bidirectional serial interface (9) with two wires is used. The digitizer system controller manages the SCL synchronization signal, the data and addresses being exchanged by the bidirectional line SDA
Although in this description the coils are controlled directly by the digitizer system controller, it will be understood that other versions in the spirit and purpose of this invention are possible. For example, in the case of wireless versions, the coils will be driven by resident means in the body of the mobile instrument.

Le mode de fonctionnement décrit ci-dessus vise plutôt à illustrer qu'à limiter l'invention. Les différentes implémentations de l'invention selon le microcontrôleur choisi, l'interface série, au niveau du schéma électronique et des programmes, couleront de source pour l'homme de l'art. Par exemple, la présence du microcontrôleur (8) n'est pas obligatoire, ces fonctions pourront être transférées au niveau du contrôleur du système numériseur, mais elle est recommandée pour une comptabilité au moindre coût avec les systèmes existants. Les prix et les performances des microcontrôleurs disponibles actuellement permettent l'implémentation d'un instrument mobile selon cette invention à des prix très accessibles. The operating mode described above is intended rather to illustrate than to limit the invention. The different implementations of the invention according to the chosen microcontroller, the serial interface, at the level of the electronic schema and the programs, will flow from source to those skilled in the art. For example, the presence of the microcontroller (8) is not mandatory, these functions can be transferred to the controller of the digitizer system, but it is recommended for cost-effective accounting with existing systems. The prices and performance of currently available microcontrollers allow the implementation of a mobile instrument according to this invention at very affordable prices.

Indication d'applicatlon industrielle
L'instrument mobile selon cette invention a une structure adaptable à toutes les applications d'art graphiques, son orientation étant un élément révolutionnaire en matière d'interface graphique. Il permet aussi une meilleure séparation des fonctions dans un système numériseur, par le fait de pouvoir lui même déterminer l'état de ces boutons dont certains sont reliés à des traducteurs et ensuite de le communiquer sur demande au contrôleur du système numériseur. Sa versatilité consiste aussi en ce que son comportement soit pérsonnalisable selon les aptitudes de son utilisateur et le mode de fonctionnement choisi en programmant par exemple la sensibilité de ces boutons sensibles à la pression.Indication of industrial applicatlon
The mobile instrument according to this invention has a structure adaptable to all graphic art applications, its orientation being a revolutionary element in terms of graphic interface. It also allows a better separation of functions in a digitizer system, by itself being able to determine the state of these buttons some of which are connected to translators and then to communicate it on request to the digitizer system controller. Its versatility also consists in that its behavior is customizable according to the abilities of its user and the mode of operation chosen by programming for example the sensitivity of these buttons sensitive to pressure.

Aussi, un instrument mobile selon cette invention peut être intégré dans les systèmes numériseurs existants avec un minimum de modifications, qui consisteraient pour la plupart à rajouter les moyens de piloter une deuxième bobine et de modifier la programmation des microprocesseurs de leurs cartes contrôleurs. Also, a mobile instrument according to this invention can be integrated in existing digitizer systems with a minimum of modifications, which would consist for the most part to add the means to drive a second coil and change the programming of the microprocessors of their controller boards.

L'intégration ci-dessus coulerait de source pour l'homme de l'art.The above integration would flow from the source for those skilled in the art.

Comme décrit ci-dessus, l'instrument mobile en version stylet selon la version préférée donnée à titre d'exemple, permet de simuler d'une manière naturelle un pinceau obéissant d'une façon intuitive au mouvement de la main. Cette capacité d'expression graphique n'est pas atteinte par aucune des réalisations antérieures. As described above, the stylus-style mobile instrument according to the preferred version given by way of example, makes it possible to simulate in a natural way a brush obeying in an intuitive manner the movement of the hand. This ability of graphic expression is not achieved by any of the previous achievements.

Les interfaces graphiques d'usage général peuvent en bénéficier en rajoutant aux concepts de pointer et cliquer, un troisième, aussi naturel que les autres, d'orienter. General purpose graphical user interfaces can benefit by adding to the concepts of pointing and clicking, a third, as natural as the others, to steer.

Le bénéfice majeur de cette invention est de fournir des systèmes numériseurs avec capacité multidimensionnelle réelle pour les applications de conception assistées par ordinateur, plus fiables et à des prix plus accessibles par rapport aux systèmes précédents.  The major benefit of this invention is to provide digitizer systems with real multidimensional capability for computer-aided design applications that are more reliable and more affordable than previous systems.

Claims (9)

caractérisé en ce que les moyens d'interaction avec la surface active cidessus comportent deux bobines parallèles ayant les centres décalés pour définir à son corps une orientation par rapport à l'axe d'une des dites bobines, la bobine dont l'axe est la référence d'orientation étant utilisée pour déterminer l'origine et l'autre bobine étant utilisée pour déterminer l'extrémité du vecteur orientation, une des positions ainsi déterminées étant en même temps la position du dit instrument mobile. characterized in that the interaction means with the active surface above comprise two parallel coils having the centers offset to define at its body an orientation with respect to the axis of one of said coils, the coil whose axis is the orientation reference being used to determine the origin and the other coil being used to determine the end of the orientation vector, one of the positions thus determined being at the same time the position of said mobile instrument. Revendications 1. Instrument mobile pour système numériseur électromagnétique comportant des moyens d'interaction avec la surface active pour que ledit système détermine la position du dit instrument mobile par rapport aux axes de coordonnées de celle-ci, comportant ou non des moyens sensibles aux actions des doigts de l'utilisateur et comportant ou non des moyens de conditionnement des signaux produits par les des moyens sensibles ci-dessus, 1. A mobile instrument for an electromagnetic digitizer system comprising means for interaction with the active surface for said system to determine the position of said mobile instrument relative to the coordinate axes thereof, with or without means sensitive to the actions of the fingers of the user and having or not means for conditioning the signals produced by the above sensitive means, 2. Instrument mobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens sensibles aux actions des doigts de l'utilisateur comportent m boutons interrupteurs, ou m 2 1 et n boutons sensibles à la pression, ou n 2 0, disposés sur son corps selon des critères ergonomiques concernant l'action des doigts par rapport à sa prise en main pendant l'utilisation.2. Mobile instrument according to the preceding claim, characterized in that the means responsive to the actions of the user's fingers comprise m switches, or m 2 1 and n pressure sensitive buttons, or n 2 0, arranged on its body according to ergonomic criteria concerning the action of the fingers with respect to its grip during use. 3. Instrument mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de conditionnement des signaux produits par les moyens sensibles aux actions des doigts de l'utilisateur comportent un microcontrôleur comprenant des moyens de traitement numérique des signaux provenant des moyens sensibles ci-dessus et des moyens de rassembler les résultats dans un paquet binaire définissant l'état de l'instrument mobile.3. Mobile instrument according to any one of the preceding claims, characterized in that the means for conditioning the signals produced by the means responsive to the actions of the fingers of the user comprise a microcontroller comprising digital signal processing means from the means. above and means for collecting the results in a binary packet defining the state of the moving instrument. 4. Instrument mobile selon la revendication 3 caractérisé en ce que le microcontrôleur comporte des moyens de communication lui permettant de transmettre le paquet binaire définissant l'état ci-dessus au contrôleur du système numériseur.4. Mobile instrument according to claim 3 characterized in that the microcontroller comprises communication means enabling it to transmit the binary packet defining the above state to the digitizer system controller. 5. Instrument mobile selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le microcontrôleur comporte des moyens pour personnaliser, par programmation, les moyens sensibles à l'action des doigts de l'utilisateur. 5. Mobile instrument according to any one of claims 3 and 4, characterized in that the microcontroller comprises means for customizing, by programming, the means responsive to the action of the fingers of the user. 6. Instrument mobile selon lune quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que son corps a la forme d'un stylet et comporte trois boutons sensibles aux actions des doigts de l'utilisateur.6. Mobile instrument according to any one of the preceding claims, characterized in that its body has the shape of a stylet and comprises three buttons sensitive to the actions of the fingers of the user. 7. L'instrument mobile selon la revendication 6 dans lequel le premier des boutons ci-dessus est un interrupteur placé latéralement, dans l'immédiat de la pointe du stylet et les deux autres boutons sont sensibles à la pression, un à celle exercée au niveau de la pointe du stylet et l'autre placé auaessus du bouton interrupteur par rapport à ladite pointe.7. The mobile instrument of claim 6 wherein the first of the above buttons is a switch placed laterally, immediately to the tip of the stylus and the other two buttons are sensitive to pressure, one to that exerted at level of the tip of the stylus and the other placed above the switch button relative to said tip. 8. L'instrument mobile selon la revendication 7 caractérisé en ce que le bouton sensible à la pression de la pointe comporte une tige amovible dans l'axe de l'instrument dont une extrémité forme la pointe de celui-ci.8. The mobile instrument according to claim 7 characterized in that the pressure-sensitive button of the tip comprises a removable rod in the axis of the instrument, one end of which forms the tip thereof. 9 Procédé pour la mise en oeuvre de l'instrument mobile selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lui déterminer l'orientation par rapport aux axes de coordonnées de la surface active dans un système numériseur, comprenant les étapes consistant à: a) déterminer la position (X1, Y1) du centre d'un des deux bobines ci-dessus en tant que position de l'instrument mobile et origine du vecteur orientation; b) déterminer la position (X2, Y2) du centre de la seconde bobine en tant que l'extrémité du vecteur orientation; c) déterminer l'orientation soit comme la paire de projections du vecteur orientation sur les axes de référence (X2-Xl, Y2-Yl), soit comme l'angle de ce vecteur par rapport à un axe de référence de la surface active. A method for implementing the mobile instrument according to any of the preceding claims to determine the orientation relative to the coordinate axes of the active surface in a digitizer system, comprising the steps of: a) determining the position (X1, Y1) of the center of one of the two coils above as the position of the moving instrument and the origin of the orientation vector; b) determining the position (X2, Y2) of the center of the second coil as the end of the orientation vector; c) determine the orientation either as the pair of projections of the orientation vector on the reference axes (X2-X1, Y2-Y1), or as the angle of this vector with respect to a reference axis of the active surface.
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US3876831A (en) * 1973-09-13 1975-04-08 Instronics Ltd Orientation output from graphic digitizer cursor
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WO1992006457A1 (en) * 1990-10-04 1992-04-16 Summagraphics Corporation Graphics tablet with n-dimensional capability

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