JP2000509868A - 電子表示ボードのためのマーキング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 大きなボードのための表示ボードデジタイザシステムでは、少なくとも３つの間隔をおいて設けられた超音波受信器アッセンブリを使うのが好ましい。超音波送信器の現在位置は、少なくとも２対の受信器アッセンブリに基づく飛行時間位置測定値の重み付き重心として割り当てられる。使われる重み付けは、ボードを横切る送信器の関数として変化する。システムで使うための超音波受信器アッセンブリの好適の構造では、表示ボードの表面に垂直な線上に並んで配置された一対の超音波受信器を採用する。受信器は、各々で受信された超音波信号の瞬間合計に一致する総出力信号を生成するように、受信器アッセンブリが表示ボードに近接する平面から入射する超音波信号に最も敏感となるように接続されている。更に、超音波送信器がペンと同軸であり且つその先端に近接している円筒形エレメントである従来型ペンと共に使うための送信器装置、及び連結されたイレーザー構造についても述べられている。

Description

【発明の詳細な説明】 電子表示ボードのためのマーキング装置 発明の属する技術分野 本発明は、デジタイザに、特に、手で描かれた線をデジタル化するための従来 型ボード及びペンと共に用いるための装置に関する。 平坦な面上で筆記器具又は尖筆の位置を決めるため、様々な技術が使われてい る。グレン他による米国特許番号第４、５６４、９２８号、鈴木他による第４、 ８８６、９４３号、小林他による第４、９１０、３６３号及び第５、０７３、６ ８５号、吉村他による第５、０９７、１０２号、は全て、ペンに関連する振動エ レメントがボードの材料を通して振動を伝送するシステムを開示している。振動 はボードに取り付けられた変換器により検出され、ペンの位置はボードを通る振 動の伝送時間から計算される。これらのシステムは本質的に、振動がボードに伝 えられる様にペンがボードに接触している場合にのみ機能する。それゆえ、書い ているペンの動きと書いていないペンの動きを特別の機構を使って識別する必要 はない。 これらのシステムは、ボードを通しての伝送時間が一様ではないので一般的に 不正確である。実際、これらのシステムは通常かなり特殊化されたボード構造を 必要とするので、システムは高価で使いにくいものとなる。 替わりに空気伝送超音波信号を用いる方法もある。その様なシステムの例は、 マリコートによる米国特許番号第４、７７７、３２９号、ステフィク他による第 ４、８１４、５５２号、ハンセンによる第４、５０６、３５４号、ドブルインに よる第１、７５８、６９１号に述べられている。これらのシステムでは、ボード 及び可動筆記器具上に固定された二つの点に配置されている超音波送信器と受信 器の様々な組み合わせが用いられている。可動器具の位置は三角測量によって求 められる。これらのシステムでは通常、飛行時間超音波計算用のタイミング情報 を提供するために可動器具と基部装置の間に配線又は電磁石によるリンクを追加 する必要がある。可動エレメントがボードと何時接触しているかを識別するため にスイッチも追加する必要がある。 これらのシステムは通常、比較的小さなボードに限定される。これは、信号対 雑音比（ＳＮＲ）の制限があるためである。超音波のボリュームを非常に高くし て使うと、付随してヒューヒューという厄介な雑音が生じる。加えて無線システ ムでは、電力を考慮すると送信ボリュームが厳しく制限される。従って、信頼で きる位置情報を生成するためには、送信器から受信器への距離は短く保たれなけ ればならない。大きいボードの異なる領域に対し別々の受信器のセットを使うと 、一般的に、可動エレメントが一つの領域から別の領域に移動する時に不連続を 生じる結果となる。 これらのシステムのもう１つの欠点は、破線を描く時に生じる様な、ペンスト ロークを迅速に中断するような動きを再生できないことである。通常、ペン内の 送信器又は受信器エレメントは、ペンが非作動状態になるとスイッチが切れ、ペ ンがボードと接触する度毎に再起動される。その際システムは、正確に反応する までに、再同期のため一秒の何分の一かを必要とする。ストロークが短い場合、 作動ストロークの長さがシステムの反応時間に匹敵することになり、そのため大 変劣る結果となる。 空気伝送超音波デジタイザシステムの更なる問題点は、超音波送信器又は受信 器エレメントが製図器具の側面に非対称に取り付けられることである。測定され た位置は、結果的に、製図器具の回転で変化する方向において真の製図位置から ずれてしまう。このため、製図器具位置がストロークの間に変化すると、デジタ ル化された画像が不連続になり、書いたものが判読できない結果となるかもしれ ない。 最後に、従来型表示ボードデジタイザシステムは、一般的に、特別に製作され た筆記器具と共に使うよう制限されている。この結果、ペンの寿命は大変限られ ているので、システムが高価なものとなる。インクカートリッジが取り外し交換 可能であっても、使用される部晶は、互換性があるように大変特定された設計の ものでなければならない。 従って、ボード上の製図器具の位置を正確に求めるためにあらゆるサイズの従 来型ボードで使える、信頼性のある、低価格のデジタイザシステムが必要とされ ている。広範囲な従来型筆記器具と共に使える表示ボードで使うための送信装置 を備えていれば更に役に立つ。 発明の概要 本発明は、短いペンストロークが正確に再生でき、従来型筆記器具と共に使え る、あらゆるサイズのボードで使うための表示ボードデジタイザシステムを提供 する。 本発明の教示によれば、表示ボードデジタイザシステムで使用するための超音 波受信器アッセンブリであって、（ａ）表示ボードの表面に近接して配置された 第一超音波受信器と、（ｂ）表示ボードの表面に実質的に垂直な方向で第一超音 波受信器と離して配置された第二超音波受信器とから成り、前記第一及び第二超 音波受信器が、その各々で受信される超音波信号の瞬間合計と一致する総出力信 号を生成するように、受信器アッセンブリが表示ボードに実質的に近接する平面 から入射する超音波信号に最も感度がいいように接続される超音波受信器アッセ ンブリが提供される。 本発明の更なる特徴によれば、第一と第二受信器は直列に接続されている。 表面に対して動くことのできるエレメントに関係する超音波送信器の位置を確 認するための超音波ベースのデジタル化システムであって、前記システムは表面 に関係する少なくとも三つの間隔をおいて設けられた別々の超音波受信器を有し ている、そのようなシステムの関係において、本発明の教示によれば、少なくと も第一の受信器の対の出力から求められた第一の計算された位置と第二の受信器 の対の出力から求められた第二の計算された位置との重み付き重心を、現在位置 として特定する段階から成る、前記重み付けが超音波受信器に対する概略位置の 連続関数として変化することを特徴とする超音波受信器からの出力を分析する方 法が提供される。 本発明の更なる特徴によれば、超音波受信器は実質的に同一線上にあり、重み 付けは少なくとも所定のスイッチオーバーゾーンに亘って、超音波受信器の整列 方向における距離と共に線形に変化する。 本発明の更なる特徴によれば、可動エレメントが表面の第一所定領域内にある 場合、重み付き重心は第一の計算された値に近づく。 本発明の教示によれば、ボードに対して、超音波送信器を有する製図器具の作 動ストロークをデジタル化するための表示ボードデジタイザシステムにおいて、 （ａ）空気伝送超音波信号を受信するためにボードに対して取り付けられた少な くとも２つの超音波受信器と、（ｂ）ボードを通して伝導された送信器からの振 動を感知するようにボードと関係付けられた変換器と、（ｃ）送信器の現在位置 を計算するために少なくとも２つの超音波受信器からの出力に反応するプロセッ サであって、付加的に製図器具とボードの間の接触を確認するために変換器から の出力にも反応しそれにより製図器具の作動ストロークを確認するプロセッサと から成るシステムも提供される。 本発明の教示によれば、本体と作動先端を有する手で持つ製図器具の作動スト ロークをデジタル化するためのシステムと共に用いるための送信装置において、 （ａ）中央内腔のある環状楔形表面にある第一端で終わる実質的に円筒形の開口 部を有するハウジングであって、前記中央内腔から伸びる作動先端を備えた製図 器具の本体の一部を収容する、そのようなハウジングと、（ｂ）ハウジング内に 製図器具を保持するための開口部の第二端に取り付けることのできる保持器であ って、製図器具を環状楔形表面に向かって付勢するためのばねエレメントを有し ている、そのような保持器と、（ｃ）前記中央内腔に隣接したハウジングに対し て取り付けられた送信器とから成る送信装置も提供される。 本発明の更なる特徴によれば、ハウジングは（ａ）ハウジングに向かう製図器 具の作動先端に加わる力に応答するように環状楔形表面に加わる圧力の変化によ って作動されるマイクロスイッチを更に含み、（ｂ）マイクロスイッチに反応す る電子回路がハウジングに向かう製図器具の作動先端に加わる力を示す。 本発明の更なる特徴によれば、マイクロスイッチが製図器具の作動先端に向か う外側ハウジングに加わる力を示すのを止めた後、電子回路は所定の時間、送信 器を作動する。 本発明の更なる特徴によれば、前記所定の時間は少なくとも約２分の１秒であ る。 本発明の更なる特徴によれば、送信器は連続的に送信し、電子回路は、マイク ロスイッチが製図器具のハウジングに向かう作動先端に加わる力を示している間 は、マイクロスイッチに応答して送信器によって送信される信号を変化させる。 本発明の更なる特徴によれば、送信器は超音波変換器である。 本発明の更なる特徴によれば、電子回路と関係付けられている、電磁石通信リ ンクのエレメントも提供される。 本発明の教示によれば、手で持つ製図器具の位置をデジタル化するためのシス テムと共に使うための超音波送信装置であって、前記製図器具が中心軸と作動先 端を有し、前記送信装置が作動先端に近接する製図器具の一部を取り囲むように 製図器具と同軸配置された実質的に円筒形の圧電性送信器エレメントから成る、 そのような超音波送信装置も提供される。 本発明の教示によれば、表示ボードデジタイザシステムと共に使うためのイレ ーザー装置において、（ａ）ハンドルと、（ｂ）実質的に平坦なイレーザー表面 を有するイレーザーエレメントと、（ｃ）前記ハンドルと前記イレーザーエレメ ントの間を接続するピボットジョイントであって、使用時に、イレーザーエレメ ントがハンドルの保持されている向きとは実質的に無関係な表示ボード表面に平 行なイレーザー表面の方向を想定できるような２回転自由度を有するピボットジ ョイントとから成るイレーザー装置も提供される。 図面の簡単な説明 本発明は、添付の図面を参照しながら、例のみによって以下説明する。 図１は、本発明の教示により構築され作動するデジタイザシステムを備えた表 示ボードの概略正面図であり、異なる超音波受信器グループの領域の間のスイッ チオーバーゾーンを示す。 図２は、表示ボードを横切る位置の関数として図１の二つの超音波受信器のセ ットからの位置表示の相対重み付けの変化を示す線図である。 図３は、本発明の教示により構築され作動する表示ボードデジタイザシステム で使うための双子の超音波受信器アッセンブリの側面図である。 図４は図３の双子の超音波受信器アッセンブリの受信特性の概略表示である。 図５は、デジタイザシステムの従来型製図器具と共に使われる、本発明の教示 により構築され作動する送信装置の側断面図である。 図６Ａは、図５の送信装置で使うための、本発明の教示により構築され作動す るマイクロスイッチ構造の分解斜視図である。 図６Ｂは、図６Ａのマイクロスイッチ構造を組み立てたものの斜視図である。 図６Ｃは、図６Ａのマイクロスイッチ構造を上から見た図であり、保持ばね配 置を示す。 図７は、図５の送信装置で使うために保持部材をハウジングへ取り付けるため の好適な構造の概略斜視図である。 図８Ａは、製図器具と表示ボードの間の接触操作によって起動される接触スイ ッチの出力を時間の関数として表した線図である。 図８Ｂは、図８Ａの接触プロフィールに対応する、先行技術システムによって 作り出された製図器具の作動時間プロフィールの記録を示す。 図８Ｃは、本発明の教示により構築され作動する表示ボードデジタイザシステ ムの第一の実施例により作り出された、製図器具の作動時間プロフィールの対応 する記録を示す。 図９は、デジタイザシステムと共に使うための、本発明の教示により構築され 作動するイレーザー送信装置の側断面図である。 図１０は、本発明の教示により構築され作動する表示ボードデジタイザシステ ムの第二の実施例による、空気伝送超音波受信器及びボードに取り付けられた変 換器それぞれによって受信された信号を示す。 図１１は、送信装置の第二の実施例を示す。 図１２Ａと１２Ｂは、上部バイアスエレメントの二つの異なる形態を示す。 図１３は、イレーザー装置の第二の実施例を示す。 好適実施例の説明 本発明は、短いペンストロークを正確に再生でき、取り替え可能な従来型ペン エレメントと共に使うことのできるあらゆるサイズの表示ボードと共に使うため の表示ボードデジタイザシステムに関するものである。 本発明によるデジタイザシステムの原理と作動は、図面と付随の説明を参照す ればよく理解頂けるであろう。 図面において、図１は全体を１０で示す、本発明の教示により構築され作動す る表示ボードデジタイザシステムを示し、異なる超音波受信器のグループを備え た領域の間のスイッチオーバーゾーンを示す。 一般的にいえば、システム１０の特徴は従来型の表示ボード１２にあり、この 表示ボード１２は複数の超音波受信器アッセンブリ１４、１６、１８を備えてい る。超音波受信器アッセンブリ１４、１６、１８は、サイズと厚さの異なる表示 ボードへ便利に取り付けられるようになっている細長片２０に取り付けられるの が好ましい。この取り付けは任意の型のクランプ又はクリップで行ってもよい。 細長片２０は更に赤外線（ＩＲ）受信器２２を特徴とする。システム１０は、超 音波及送信機び赤外線送信器の両方を有する可動エレメントと共に作動し、その 一例を以下詳細に説明する。可動エレメントの現在位置は、三角測量による可動 エレメントから受信器アッセンブリへの超音波信号の飛行時間（ＴＯＦ）から求 められる。ＩＲ信号は同期化情報を提供し、同時に、例えば使われているペンの 色の様な追加情報を搬送する。 原理的には、ボード１２に接触している可動エレメントの位置を特定するため には超音波受信器が二つあれば十分である。しかし、広いボードの全範囲に亘っ て信頼できる超音波受信を提供するため、システム１０は２セット以上の受信器 を使っている。このように図示のシステムでは、第一の受信器のセットは超音波 受信器アッセンブリ１４と１６の対として定義され、第二の受信器のセットは超 音波受信器アッセンブリ１６と１８の対として定義される。明らかに、可動エレ メントがＡで示される第一領域にある場合、上記のように定義された第一の超音 波受信機のセットは送信器からの超音波信号を受信するのに良い位置にあり、可 動エレメントがＣで示す第二領域にある場合、第二の超音波受信機のセットが信 号を受信するのに良い位置にある。この様に、可動エレメントが領域Ａにある場 合には超音波受信機アッセンブリ１４と１６の出力から、そして可動エレメント が領域Ｃにある場合には超音波受信機アッセンブリ１６と１８の出力から可動要 素の位置を求めることによって、最適な精度と信頼性を得ることができる。 可動エレメントがボード１２を横切る時に可動エレメントの位置の追跡に不連 続性が生じる可能性を回避するために、本発明の好適実施例では、領域ＡとＣの 間にＢで示すスイッチオーバーゾーンが設けられる。スイッチオーバーゾーンＢ 内での可動エレメントの現在位置は、第一と第二の受信器のセットの出力から計 算される位置の重み関数に基づいて求められる。重み関数は、可動エレメントが 第一領域Ａと接する際には第一の受信器のセットから計算された値に近付き、可 動エレメントが第二領域に接する際には第二の受信器のセットから計算された値 に近付くように、スイッチオーバーゾーンＢを横切る位置によって滑らかに変化 するのが好ましい。 図２は、ボード１２を横切る距離と共に重み関数が変化する代表的例を示す。 ここで線２４は第一の超音波受信器のグループに適用される重み因数に対応し、 線２６は第二の超音波受信器のグループに適用される重み因数に対応する。本例 では、スイッチオーバーゾーンＢでの変化は線形に示されている。しかし、必要 があれば他のより複雑な関数も使えることを理解すべきである。領域Ａ内では、 線２４は１で一定、線２６は０であるのが好ましく、一方領域Ｂ内では、これら の値は逆となる。 上述のシステムによる可動エレメントの現在位置の計算は、それら自体が位置 の関数である重み因数の計算を必要とすることに注目すべきである。この明白な 計算の循環性はいろいろな方法で回避できる。最も単純には、位置は短い間隔で 繰り返し測定されるので、新しい現在位置は前に測定された位置から比較的少し の距離であると仮定するのが妥当である。従って次の測定用の重み因数を計算す るためには直前に測定された位置を使うのが妥当である。代替として、又は最初 の測定をする目的のためには、例えば各セットに０．５のような、ある任意の重 み因数でおよその測定を行ってもよい。 スイッチオーバーゾーンの概念を受信器を２セットだけ備えた単純な機器で示 してきたが、この概念を、同一線上に及びボードの反対側にの両方の、複数の受 信器のセットのより複雑な配列に広げることができるのは明らかである。後者の 場合、重み因数が二次元の位置の関数となることは当業者には明らかであろう。 スイッチオーバーゾーンアルゴリズムに加えて、測定にある程度の冗長性を持 たせるため、超音波受信器は互いに十分近くに配置するのが好ましい。そうすれ ばこの冗長性は、精度に関する自己テストを行い、又一時的に発生するかもしれ ない何らかの誤った測定を確認するために（スイッチオーバーゾーン考慮とは通 常無関係に）使うことができる。 特に、受信器１４、１６、１８が等間隔Ａで同一線上にあり、ＴＯＦ計算によ って測定された各受信器からの距離がそれぞれｓ₁、ｓ₂、ｓ₃である場合、単純 な三角法によれば次のような関係がある。 ｓ₁ ²−２ｓ₂ ²＋ｓ₃ ²＝２Ａ²（一定） 三つの同時のＴＯＦ測定が利用可能な時は何時でもこの総計を計算することに より、システムが許容できる精度範囲内で機能していることを継続的にテストす ることができる。相当な間違いが見つかった場合、統計に基づいた自己分析アル ゴリズムを更に実行して、どの受信器が間違った読みを生成したかを確認し、そ の受信器を位置計算から一時的に除外することもできる。 図３と４では、全体を３０で示す、本発明の教示により構築され作動する、表 示ボードデジタイザシステムと共に使うための超音波受信器アッセンブリの好適 な設計を説明する。アッセンブリ３０は、これに限定するわけではないが上記シ ステム１０を含め、広範なデジタイザシステムで有効に活用することができる。 一般的に言えば、超音波受信器アッセンブリ３０は表示ボードの表面３４に近 接して配置された第一超音波受信器３２と、表面３４に実質的に垂直な方向で第 一超音波受信器３２から離して配置された第二超音波受信器３６を含む。 第一及び第二超音波受信器３２、３６は、それらが受信する超音波信号の振幅 の瞬間合計に一致する総出力信号を生成するように接続される。一般的に、単純 な変換器においては、これはその出力電圧が加算的となるように直列に接続する ことにより成し遂げられる。 図４は、表面３４に垂直な面内での入射角度によるアッセンブリ３０の感度の 変化を極座標の線図で示したものである。二つの受信器に届く超音波振動間の位 相差は、加算される場台、図示のように、入射角度によるアッセンブリ３０の感 度の変化を表す結果になる。特に、アッセンブリ３０の最大感度は、受信器３２ と３６の間の対称面に一致する図４の主ローブの中心の平面で生じる。この平面 から入射する二つの受信器に届く信号は必然的に経路差と位相差がゼロとなり、 それにより最大振幅出力信号を作る。ｎ＝１側のローブからの受信は、表面３４ から大きい角度での音波入射からアッセンブリ３０を遮蔽するカバーエレメント （図示せず）を使用して、最小にするのが好ましい。 アッセンブリ３０を上記のように配列することにより、最大感度の平面は、実 質的に表面３４に平行且つ近接して配向される。これは、表示ボード（Ｓ₂）近 くから入射する信号を受信するためには理想的である。逆に、表示ボードから遠 く離れた方から入射する信号（Ｓ₁）に対して、アッセンブリ３０の感度はかな り低下する。これらの方向特性は、デジタイザシステムに重要な超音波信号を分 離するのに大いに役立ち、信号対雑音比を上げる。これにより、受信器の感度を 下げ、そして／又はより大きなボードが使用できるようになり、広い範囲の普通 のノイズソースによって引き起こされる問題が解決される。表面３４に平行なア ッセンブリ３０の感度プロフィールは、個々の受信器のプロファイルと同様な実 質的に全方向性のままである。 図５−７では、全体を４０で示す、本発明の教示により構築され作動する、デ ジタイザシステムの製図器具４２と共に使うための送信装置の好適実施例を説明 する。送信装置４０は、これに限定するわけではないが上記表示ボードデジタイ ザシステムを含め、広範な超音波ベースのデジタイザシステムで有効に活用する ことができる。 一般的に言えば、送信装置４０は、中央ボックス５０を有する環状楔形表面４ ８のその下部端で終わる実質的に円筒形の開口部４６を有するハウジング４４を 含んでいる。製図器具４２は開口部４６内に収納され、その作動先端５２は内腔 ５０を通って伸びている。 送信装置４０は、製図器具４２をハウジング４４内の所定の位置に保持するた めの、開口部４６の上部端に取り付け可能なカバーの形態をした保持器５４を更 に含んでいる。保持器５４は、製図器具４２を環状楔形表面４８に向かって付勢 するためのばねエレメント５６に特徴がある。超音波送信器５８は内腔５０に近 接するハウジング４４の下部表面に取り付けられている。 本発明の送信装置の好適な実施例の特別な特徴は、ある範囲の長さと幅を持っ た製図器具に適応できることである。この目的のため、ばねエレメント５６は長 さがどのように変化しても調整して、製図器具４２を、正しい使用位置に確実に 配置するためハウジング４４の下部端に向けて付勢する。この付勢は、環状楔形 表面４８の形状と相まって、いかなるサイズ又は形状の製図器具の先端でもセン タリングするように働く。加えて、ばねエレメント５６は、製図器具の後部端を センタリングするための特性を有する成形された突合せ面６０を備えているのが 好ましい。一般的に、突合せ面６０は、殆ど全ての表示ボードペンに共通な後部 軸の凹所に噛み合うことにより製図器具をセンタリングための、図示のような軸 上円錐形突起を有する。替わりに、突合せ面６０は、製図器具の後部をセンタリ ングするための円錐形凹所又は他の特徴を持って形成されていてもよい。 環状楔型表面４８と突合せ面６０を持つばねエレメント５６の組み合わせは、 ある範囲の長さと幅を持つ製図器具を、ハウジング４４の側面に接触させること なく円筒形開口部４６内の中央整列位置に保持する役を果たす。この配置は、送 信装置４０を製図器具の幅の変化に対して鈍感にする。ハウジング４４の側面と の摩擦接触を避けるのも、以下述べるように、接触感知マイクロスイッチの効率 的な作動にとって重要である。 本発明のある好適実施例の特別の特徴は、超音波送信器５８がハウジング４４ 下部端の中央内腔５０の回りのに取り付けられた実質的に円筒形の圧電性送信器 エレメントとして形成されていることである。この配置によって、使用時に、確 実に円筒形送信器が製図器具４２と同軸となり、作動先端５２と近接する製図器 具４２の一部を取り囲むようになる。この配置の対称性の結果として、製図器具 ４２の位置のＴＯＦ測定は送信装置４０の軸回転とは完全に無関係となる。又、 作動先端５２の位置は、送信器円筒５８の半径寸法をＴＯＦから計算された値に 加えることにより非常に正確に求めることができる。 送信装置４０は電磁石通信リンクの少なくとも１つのエレメント、通常はＩＲ 送信器６０、好ましくはハウジング４４の下部端回りに間隔をおいて設けられた 約四つのそのような送信器により特徴付けられる。これにより、常に少なくとも １つのＩＲ送信器が表示ボードに取り付けられたＩＲ受信器に面して確実に正し く向けられることになる。ＩＲリンクがボードに取り付けられた送信器によって 形成され装置４０が受信器を有する逆の配置も、本発明の範囲内にあることに注 目されたい。更に、三つの超音波受信器が各位置を計算するために使われる場合 には、ＩＲリンクは完全に省いてもよい。しかし、説明した配置は、一方で送信 装置内の複雑なＩＲ信号処理回路の必要性を回避しながら、純粋な超音波に基づ くシステムよりも高い精度を提供するのに好ましい。加えて、ＩＲ送信器を使え ば、ペンの色等のような追加の情報の伝送が可能となる。 超音波送信器５８とＩＲ送信器６０は、バッテリーで動くのが好ましい電子回 路の制御の下で作動される。電子回路とバッテリーは共に、ハウジング４４の区 画６２に置かれるのが好ましい。 送信装置４０は、作動先端５２と書き込みボードの表面の間の接触を検出する ためのスイッチによって特徴付けられるのも好ましい。このスイッチは電子回路 と関係し、超音波送信器５８とＩＲ送信器６０を作動させるのに使われる。スイ ッチは、環状楔形表面４８に対して製図器具４２によって加えられる力の変化に 応答するために配置されたマイクロスイッチとして形成されるのが好ましい。図 ６Ａ−６Ｃは、全体を６４で示す、本発明の教示により構築され作動するその様 なマイクロスイッチのための好適な構造を示す。 マイクロスイッチ６４は、三つの機能層から形成される。第一に、基部層６６ は、マイクロスイッチの二つの端子、即ち単一の周辺接点６８と、基部層６６の 中心回りに間隔をおいて設けられた共通接点７０のセットとを提供する。基部層 ６６の上には、接点７０に向かい合う位置に切り抜かれた穴７４が設けられた導 電性弾性フォーム７２の層がある。フォーム層７２の上には第三の堅い導電層７ ６が乗っている。導電層７６には、穴７４と一列に並ぶ位置に小さな導電性下向 き突起７８が設けられている。環状楔型表面４８と一体に形成された上部カバー ８０は、１つの構造物とするため基部層６６に緩く取り付けられ、スイッチ操作 のための上下動ができるようになっている。各層は、共に図５の内腔５０に対応 する中央内腔を有する。 非圧縮状態では、導電性接点は、周辺接点６８とフォーム層７２の間、及びフ ォーム層７２と上部導電層７６の間に形成される。しかし、フォーム層７２の厚 さが突起７８と内部接点７０の間の接触を妨げるためスイッチは開いたままであ り、両者が接触すればスイッチは閉じられる。原理的には、圧力を解除すればフ ォーム層は初期状態に戻り、それにより回路が遮断される。しかし実際には、フ ォーム材の開放反応時間は一般的にかなり遅い。このため、圧力が解除された時 には上部導電層７６が瞬時に上昇して回路を遮断するように、ばね８３が基部層 ６６と上部導電層７６の間に取り付けられている。 製図器具４２が使用中でない場合、ばねエレメント５６はマイクロスイッチ６ ４を閉じるように環状楔形表面４８に対し製図器具４２を下向きに動かすことは 明らかである。製図器具４２が表示ボード上に描くために使われる場合、力が製 図器具４２の作動先端５２にハウジング４４に向かって加えられ、製図器具４２ をばねエレメント５６に抗して僅かに後退させる。その結果環状楔形表面４８に 加わる圧力は減少し、マクロスイッチ６４の回路が開く。送信装置４０の電子回 路は少なくともマイクロスイッチ６４が開いたことに応答し、送信装置４０によ り送信される信号に影響を及ぼす。 図６Ｂは、超音波送信器５８及びＩＲ送信器６０と共に、組み立てられたマイ クロスイッチ６４を示す。図６Ｃは、中央内腔５０を通して挿入された製図器具 の端をしっかりつかむように環状楔形表面４８内に取り付けられた一対のばねエ レメント８４を示す。これにより確実に、マイクロスイッチ６４の上部層が製図 器具４２の動きに敏感になる。 ここでマイクロスイッチ６４に関して述べる構造は、単なる例であると理解い ただきたい。例えば圧電性圧力センサー等に基づくスイッチの様な代替構造を使 ってもよい。最後にマイクロスイッチ６４に関して、スイッチの正しい作動は、 ばねエレメント５６に対する製図器具４２の軸方向運動の自由度に依存すること は注目すべきである。このため、保持器５４が取り付けられる際に、ばねエレメ ント５６が完全に圧縮されることのないようにすることが重要である。図７は、 保持器５４をハウジング４４へ取り付けるための好適な構造の一例を示し、横向 き突起８６は、完全に噛み合ったときに開放の余裕９０を提供するように成形さ れた溝８８と噛み台う。開放の余裕９０は、少なくともマイクロスイッチ６４が 作動範囲で動くのに十分であるように設計されている。 送信装置４０の第二の好適な実施例を図１１に示す。図５に示す好適な実施例 と同じく、装置４０は製図器具４２と共に使用することを目的とする。送信装置 ４０も、円筒形開口部４６のあるハウジング４４に特徴がある。しかし、円筒形 開口部４６は、この場合、ガスケット１３４のある下部端で終わっている。ガス ケット１３４は中央内腔１３６に特徴があり、その中央内腔を通って製図器具４ ２の作動先端５２が伸びている。 送信装置４０は、保持器５４の替わりの異なる型の保持器、つまりホルダー１ ３８に特徴がある。ホルダー１３８は、蝶番１３７でハウジング４４の上部端に 蝶番式に取り付けられ、製図器具４２を開口部４６内に実質的にセンタリングし た状態で支えるように作動する。ホルダー１３８は、固定ピン１３９によってハ ウジング４４に固定される。ホルダー１３８は、開口部４６内で製図器具４２を 付勢するためのばねエレメント１４０に特徴がある。ばねエレメント１４０は、 第二ばねエレメント１４３よりも強いのが好ましい。カバー１４３も製図器具４ ２に設けられている。 製図器具４２をセンタリング位置に保持するために、ホルダー１３８は上部バ イアスエレメント１４４を有しているのが好ましい。上部バイアスエレメント１ ４４は、図１２Ａと１２Ｂに示す様な二つの形のうちの一つであればよい。図１ ２Ａは、殆どのボードペンに共通な後部軸凹所１４８と噛み合わせることにより 製図器具４２をセンタリングするための軸上円錐形突起１４６のある上部バイア スエレメント１４４を示す。しかし、軸凹所１４８はペンによって直径が一様で はないので、この実施例は、特定の直径の軸凹所１４８を有する表示ボードペン でのみ使うことに限定されてしまうおそれがある。替わりに、上部バイアスエレ メント１４４は、図１２Ｂに示す様に、製図器具４２の上部端が挿入されるよう な凹所１５０を特徴とするのが好ましい。この第二の実施例は、これらのペンの 外側直径は一般的に一様だから、殆どのボードペンで使用可能であるという利点 がある。 上部バイアスエレメント１４４、ガスケット１３４、ばねエレメント１４０と １４２の組み合わせは、様々な長さと外側直径の製図器具を、実質的にハウジン グ４４の側面に接触することなく円筒形開口部４６内で中央に整列保持できる利 点がある。図５に関し先に述べた様に、接触感知マイクロスイッチ１５２の効率 的な操作にとって、ハウジング４４の側面との摩擦接触を避けることが重要であ る。 ホルダー１３８は更に、ピン１５４とプリント回路板１５６の二つの部分を有 する圧力感知要素１５２を有している。ピン１５４は、製図器具４２と表示ボー ドが接触したときこれを感知し、上部バイアスエレメント１４４と接触する。こ れら二つの部品の組み台わせによって、送信装置４０は、表示ボードと接触した ときにこれを感知できる。 送信装置４０は、図５に示す実施例と同じく、超音波送信器５８とＩＲ送信器 ６０に特徴がある。超音波送信器５８とＩＲ送信器６０は、バッテリ１６０によ ってバッテリで動くのが好ましい電子回路１５８の制御の下で動かされる。電子 回路１５８とバッテリ１６０は共に、ハウジング４４のホルダー１３８内に配置 するのが好ましい。 図８Ａ−８Ｃでは送信装置４０の好適な送信プロファイルについて説明する。 図８Ａは、マイクロスイッチ６４により時間の関数として測定された製図器具４ ２の接触プロファイルを示す。第一期間１００の間、製図器具４２は、連続した 形を描くため長い期間、表示ボードに接触したままにされている。次に第二期間 １０２の間、製図器具４２は、破線を作るために一連の短い別々のストロークに 使われる。 先に述べたように、先行技術のデジタイザシステムは、各ペンストロークの始 まりをピックアップする際に相当な遅延が生じるという欠点を持っている。これ は、ペン接触が起こる度に送信器が起動され、ペン接触が止まる度に送信器が中 断されるためである。結果として、各ペンストロークは、受信器システムが同期 化し送信信号に固定する不感時間と共に始まる。このシステムの結果を図８Ｂに 示す。期間１００の間は影響は深刻ではない。期間の初めには小さな信号損失が あるが、ストロークの大部分は良好に記録される。しかし期間１０２の間は、シ ステム応答時間がペンストロークの長さと同等である。結果として破線は殆ど完 全に失われる。 本問題を解決するために、本発明は、各ペンストローク終了後、所定の期間、 送信装置４０と受信器システムの間の同期化を維持するように好適に設計されて いる。通常これは、マイクロスイッチ６４が製図器具の作動先端に向かって外側 ハウジング上に加えられた力を示すのを止めた後に、電子回路が所定の時間ＩＲ 送信器６０を作動し続けることにより達成される。誤った製図信号は、電子回路 が遅延時間の間に超音波送信器５８を使用不能にすること、又は非接触ペン状態 を示すためにＩＲ信号の内容を変えることの何れかによって回避できる。遅延期 間は通常、少なくとも２分の１秒であり、約１秒と約２秒の間であるのが好まし い。 図８Ｃは、上述の送信装置４０の応答プロファイルを示す。最初の単一ペンス トロークの期間の間、その応答は先行技術の応答と異ならない。しかし、短い反 復ストロークに出会うと、送信装置４０は連続するストロークの間同期化を維持 するので、マイクロスイッチ６４のスイッチ切り替えに正確に直ちに応答するこ とができる。 図９では、全体を１０４で示す、本発明の教示により構築され作動する、表示 ボードデジタイザシステムと共に使うためのイレーザーを説明する。デジタイザ システムと共に使うイレーザーエレメントの主な問題点は、いつもイレーザー表 面の一部分のみを使うことである。デジタイザは一般的に、イレーザーの平坦接 触と端部接触の区別ができないため、デジタル化された画像ではしばしば、表示 ボード自体から実際に消された範囲よりずっと広い部分が消去されてしまう。こ の問題を解決するため、イレーザー１０４は、その表面が表示ボード表面に平行 になるように自己調整するように構成されている。これによりイレーザーエレメ ントの接触範囲が確実に、常に正確に定義されるようになる。 この様に、イレーザー１０４は、ハンドル１０６と、実質的に平坦なイレーザ ー表面１１０を有するイレーザーエレメント１０８を有する。ハンドル１０６と イレーザーエレメント１０８は、通常玉継ぎ手形態の、２回転自由度を有するピ ボットジョイント１１２によって接続される。ピボットジョイント１１２を使う ことにより、使用時に、イレーザーエレメント１０８が、ハンドル１０６の保持 されている向きとは実質的に無関係な表示ボード表面に平行なイレーザー表面１ １０の向きを確実に想定できるようになる。 イレーザー１０４は、上記送信装置４０の特徴と類似する送信装置の特徴によ り特徴づけられる。これには、円筒形超音波送信器エレメント１１４、多数の ＩＲ送信器１１６、電子回路／バッテリブロック１１８が含まれている。ハンド ル１０６は、ばね付きピンアッセンブリ１２０を通してピボットジョイント１１ ２へ接続される。圧力感知マイクロスイッチ１２２は、ハンドル１０６とイレー ザーエレメント１０８の間の接触圧力を感知するためのピンアッセンブリ１２０ の底部に取り付けられる。電子回路１１８から送信器１１４及び１１６への配線 はピンアッセンブリ１２０内で軸方向に配置されピボットジョイント１１２を通 るのが好ましい。 イレーザー表面１１０は円形であるのが好ましく、円筒形超音波送信器エレメ ント１１４は、その軸がイレーザー表面１１０の中心と一直線になるように配列 されるのが好ましい。この配置によって、イレーザーの円の中心を、そして円筒 形の半径をＴＯＦ測定に加算することによりイレーザー表面１１０に覆われる全 範囲を精密に識別できるようになる。イレーザー１０４はこの様に、先行技術装 置によって求められたものに比べ、遥かに高い精度で消去された領域を決めるこ とができる。 イレーザー１６２の第二の実施例を図１３に示す。イレーザー１６２は、小さ な範囲、とりわけ狭い幅の範囲を消去するために設計されており、従って「狭帯 イレーザー」と呼ぶことができる。イレーザー１０４と同様に、イレーザー１６ ２は、ハンドル１６４と、実質的に平坦な表面１６８を有するイレーザーエレメ ント１６６を有する。しかし、ハンドル１６４は、圧力感知エレメント１７０に よってイレーザーエレメント１６６に接続されている。圧力感知エレメント１７ ０にはばね１７２が含まれているので、イレーザー表面１６８の少なくとも一部 分が表示ボードに接触している時には、信号がタッチスイッチ１７４に送信され るようになっている。タッチスイッチ１７４は、イレーザー表面１６８が何時表 示ボードに接触しているかをタッチスイッチ１７４が識別できるようにする、プ リント回路板１７６と電気回路１７８を含んでいるのが好ましい。これはイレー ザー１０４の圧力感知マイクロスイッチ１２２と同様である。 表示ボード接触識別の第二の方法は、イレーザー１６２の以下の特徴を使う。 イレーザー表面１６８は二つの接触マイクロスイッチ１８０を有しており、それ らは実質的にイレーザー表面１６８の各端に配置されるのが好ましく、機能的に は図６の接触マイクロスイッチ６４と実質的に同じである。一つの接触スイッチ １８０のみが表示ボードとの接触を感知した場合、例えば一文字のような小さな 範囲のみが消去される。しかし両方の接触マイクロスイッチ１８０が表示ボード との接触を感知した場合、イレーザー表面１６８の長さと幅を持った領域が消去 されることになる。 イレーザー１０４と同様、イレーザー１６２も送信装置に特徴がある。特に、 イレーザー１６２は、少なくとも１つの、好ましくは２つの円筒形超音波送信器 １８２を有し、それらはハンドル１６４内に、実質的にハンドル１６４の各端に 配置されるのが好ましい。各超音波送信器１８２はハンドル１６４内に配置され ているので、イレーザー１６２は各超音波送信器１８２のための超音波伝導管１ ８４に特徴づけられる。各超音波伝導管１８４はハンドル１６４からイレーザー エレメント１６６に至り、各超音波送信器１８２からの超音波信号は下向きに送 信されるようになっている。イレーザー１６２は更に、各超音波送信器１８２毎 に反射コーン１８６を備えている。反射コーン１８６は、イレーザーエレメント １６６内に位置するのが好ましく、超音波を全方向に反射する。 イレーザー１６２は更に、二つの赤外線送信器１８８を有しており、それらは 実質的にハンドル１６４の各端に配置されるのが好ましい。各赤外線送信器１８ ８は、赤外線反射器１９０を有しており、これらもハンドル１６４に配置され、 反射コーン１８６と同じ機能を果たす。 これらの送信装置の特徴について一つの特定の実施例を述べてきたが、送信装 置について実質的に上記で述べたような多数の異なる実施例が可能であることは 理解いただけるであろう。 図１０では、本発明の教示により構築され作動する、表示ボードデジタイザシ ステムと共に使うための送信装置の更なる実施例の作動の原理を示す。本装置は 概括的には、マイクロスイッチ６４が省かれていることを除いては上記送信装置 ４０と同じであり、替わりにボードを通る振動の伝達によってペン−ボード接触 を識別する。 以前に述べたように、ボードを通しての伝達を使うデジタイザシステムは、正 確さが劣り、特定のボードデザインに依存するという欠点がある。しかし、この システムは固有のペン−ボード接触識別の大きな利点を有している。本発明の装 置は、ボードを通しての検出を接触検出のためだけに使用して、この特徴を空気 伝送超音波システムによって提供される精度及びボード設計との無関係性という 利点と組み合わせる。 この様に、この実施例は、ボードを通して伝達される送信器からの振動を検出 するためのボード（図示せず）と関係する変換器を追加して、図１と本質的に同 じ表示ボードシステムと共に使うことができる。受信器システムのプロセッサは 空気伝送超音波受信器からの出力に応答して送信器の現在位置を計算し、ボード に取り付けられた変換器からの出力に応答して製図器具とボードの間の接触を識 別し、それにより製図器具の作動ストロークを特定する。 このシステムの原理は図１０に明白に示されており、線図１３０は超音波受信 器アッセンブリの一つからの信号を示し、線図１３２はボードに取り付けられた 変換器からの信号を示す。この実施例によれば、ペンが使用中である限り送信器 は連続して作動するので、線図１３０には継続して一連のパルスが現れている。 一方、線図１３２では、ペンがボードに接触している期間に対応するパルスを記 録するのみである。線図１３２の信号品質は一般的に劣っているが、接触又は非 接触状態の識別のためにはこれで十分である。 上記説明は例として役立てることのみを意図しており、本発明の精神と範囲内 で他の多くの実施例が実行可能であることは理解頂けるであろう。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ， ＥＥ，ＧＥ，ＧＷ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＪＰ，ＫＰ，Ｋ Ｒ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．表示ボードデジタイザシステムで使うための超音波受信器アッセンブリにお いて、（ａ）表示ボードの表面に近接して配置された第一超音波受信器と、 （ｂ）表示ボードの表面に実質的に垂直な方向で前記第一超音波受信器から離 して配置された第二超音波受信器とから成り、前記受信器アッセンブリが前記 第一及び第二超音波受信器が前記第一及び第二超音波受信器それぞれで受信さ れる超音波信号の瞬間合計と一致する総出力信号を生成するように、表示ボー ドに実質的に近接する平面から入射する超音波信号に最も敏感であるように接 続されていることを特徴とする超音波受信器アッセンブリ。 ２．前記第一及び第二受信器が直列に接続されていることを特徴とする、上記請 求項１に記載の受信機アッセンブリ。 ３．表面に対して動くことのできるエレメントに関係する超音波送信器の位置を 識別するための、表面に関係する少なくとも３つの間隔をおいて設けられた超 音波受信器を有する超音波ベースのデジタル化システムにおいて、超音波受信 器からの出力を分析する方法であって、少なくとも、第一の受信器の対の出力 から求められた第一の計算された位置と第二の受信器の対の出力から求められ た第二の計算された位置との重み付き重心を現在位置として特定する段階から 成り、前記重み付けが超音波受信器に対する概略位置の連続関数として変化す ることを特徴とする方法。 ４．前記超音波受信器が実質的に同一線上にあり、前記重み付けが少なくとも所 与のスイッチオーバーゾーンに亘って超音波受信器の整列方向における距離と 共に線形に変化することを特徴とする、上記請求項３に記載の方法。 ５．可動エレメントが表面の第一所与領域内にある場合、重み付き重心が前記第 一の計算された値に近いことを特徴とする、上記請求項３に記載の方法。 ６．表示ボードデジタイザシステムと共に使うための狭帯イレーザー装置におい て、（ａ）ハンドルと、（ｂ）実質的に平坦なイレーザー表面を有するイレー ザーエレメントと、（ｃ）前記イレーザー表面の一部が表示ボードに接触する 場合は前記一部に対応する少なくとも１つのマイクロスイッチが作動し、前記 イ レーザー表面の実質的に全体が表示ボードに接触する場合には前記マイクロス イッチの実質的に全てが作動するように、前記イレーザー表面に配置された複 数の接触マイクロスイッチとから成ることをを特徴とする狭帯イレーザー装置 。 ７．表示ボードとの接触を識別するための複数の超音波送信器と複数の赤外線送 信器とを更に含むことを特徴とする、上記請求項６に記載の狭帯イレーザー装 置。 ８．前記送信器の各々に対し少なくとも１つの反射器を更に含むことを特徴とす る、上記請求項７に記載の狭帯イレーザー装置。 ９．表示ボードとの接触を識別するための圧力感知エレメントを更に含むことを 特徴とする、上記請求項６に記載の狭帯イレーザー装置。