JP3394531B2 - プローブアセンブリ - Google Patents

プローブアセンブリ

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JP3394531B2 JP2002135757A JP2002135757A JP3394531B2 JP 3394531 B2 JP3394531 B2 JP 3394531B2 JP 2002135757 A JP2002135757 A JP 2002135757A JP 2002135757 A JP2002135757 A JP 2002135757A JP 3394531 B2 JP3394531 B2 JP 3394531B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ユーザによって選択さ
れた表面上の位置選定を決定し、その位置選定に関連し
て決定された情報をユーザに提供する、システムおよび
方法に関する。特に、本発明は、複雑な形状を有する２
次元および３次元の物体の表面上の位置を検出すること
が可能な、位置検出装置に関する。本発明はさらに、物
体が位置検出システムの残りの部分と相対的に方向転換
(turn）し、回転し、あるいは操作され得る、位置検出
装置に関する。更に、本発明はポインティングデバイス
上の接地点の提供に関し、それにより、システムプロセ
ッサへ入力されるノイズ、および位置識別における潜在
的なエラーを最小化するためにユーザをシステムに接地
する。
【０００２】
【従来の技術】ある表面上に置かれたスタイラスの位
置、または指の位置さえも決定するために、様々な技術
が存在する。１つの技術は、平坦なタブレットの表面の
下方またはディスプレイ装置の表面の上方に置かれた、
水平方向および垂直方向のワイヤの格子である。この格
子は、スタイラスによって検出される位置指示信号を発
信する。この種の技術を使用する２つの装置が、Greeni
asらの米国特許第5,149,919号および第4,686,332号に記
述されている。これらの装置を使用する応用には、コン
ピュータ入力図画（drawing）（または座標読み取り（d
igitizing））タブレット、およびタッチスクリーンデ
ィスプレイ装置がある。
【０００３】Greaniasの特許に開示されている装置のよ
うな位置検出器は、格子内に配列された多数の導体を使
用する。類似した別の装置は、スタイラスまたは指の容
量結合を使用する、フラットディスプレイ装置の表面の
上方または下方に置かれた水平方向および垂直方向のワ
イヤの格子である。この装置では、容量結合が、結合位
置を計算するために使用され得る位置指示信号を、１本
のワイヤから別のワイヤへ伝達する。コンピュータ入カ
タブレット、およびフィンガーポインティングマウス置
換タブレットが、この技術を使用する。
【０００４】別の技術では、矩形の均質な透明導体がデ
ィスプレイ装置の表面の上方に置かれ、この透明導体の
端部上の棒状コンタクトが導体に荷電する。透明導体へ
のスタイラスまたは指の容量結合は、棒状コンタクトに
取り付けたセンサがそれぞれのコンタクトを介して引か
れる電流の量を測定する一方で、導体の放電を発生させ
る。矩形の対辺上の一対のコンタクトから引かれた電流
の比率を分析することによって、ユーザによって選択さ
れたパネル上のＸ−Ｙ位置が提供される。この種の装置
は、Meadowsらの米国特許第4,853,498号に記述されてい
る。この装置の応用には、タッチスクリーンディスプレ
イがある。
【０００５】類似した技術は、端部に沿って一連の個別
の抵抗器を備えた非常に均一な抵抗性材料の矩形状の小
片を使用し、平坦な表面に取り付けられる。差動電圧
（voltage differential）が矩形の対辺上の抵抗器の列
に印加され、そして時分割式に、それ以外の２つの対辺
の抵抗器の列に差動電圧が印加される。位置指示信号
は、スタイラス、または押し下げられて抵抗性材料の表
面に接触することが可能な導電性オーバレイのいずれか
によって受信される。この装置の一種は、Hurstの米国
特許第3,798,370号に記述されている。
【０００６】米国特許第4,853,498号（Meadowsら）およ
び第3,798,370号（Hurst）に記述されている装置は、そ
れぞれの端部に沿って棒状コンタクトまたは列状の抵抗
器を備えた均質矩形抵抗性オーバレイを駆動する。これ
らのアプローチは、機能するためには、矩形の規則的な
形状に依存する。コンタクトの形状および配置が、表面
の抵抗性材料の矩形の小区分内の表面の一部を検出する
ための手段を提供する。棒状コンタクトおよび抵抗器の
列状コンタクトを用いて、他の単純な形状も実施可能で
あり得るが、複雑な形状では、それらのコンタクトは区
別不可能な領域を形成し得る。（例えば、円または楕円
のような窪んだ端部を有する形状は、MeadowまたはHurs
tいずれのアプローチによっても適応されることができ
ない。）
【０００７】実質的に物体の端部全体に沿った棒状コン
タクトまたは列状抵抗器の使用は、表面全体にわたる位
置を検出する必要のある物体におけるそれらの実用性を
限定する。それぞれの棒状電極の真下、およびそれぞれ
の捧状または点状電極と物体の端部との間の位置選定
は、これらの装置では検出することができない。
【０００８】米国特許第4,853,499号（Meadowsら）およ
び第3,798,370号（Hurst）に記述されている装置は、コ
ンタクト抵抗の影響を考慮に入れていない。コンタクト
と均質抵抗性材料との間の抵抗は、均質材料の抵抗に関
して重大であり得る。さらに、コンタクト抵抗は、機械
的または環境的な圧迫により、電極ごとに変動または変
化し得る。MeadowsおよびHurstの装置は、材料の使用お
よびコンタクトアプローチを制約する公知の抵抗または
定抵抗の接触に依存している。環境的な要因によるコン
タクト抵抗のいかなる変動または変化も、検出エラーと
みなされず且つ検出エラーにはならない。
【０００９】さらに、Meadowsは、容量結合したスタイ
ラスにより表面に負荷を与え、駆動回路から引かれた電
流を測定することによって位置を決定する。Meadowsの
装置は、これを達成するために４つの受信回路を必要と
する。
【００１０】Meadowsの装置は、表面に結合する不要な
幻影（phantom）スタイラスの影響を受けやすい。リン
グまたは指などの幻影スタイラスが、実際のスタイラス
の代わりにまたはそれに加えて、活性表面に結合し得
る。これらの幻影スタイラスは、スタイラスが起こす変
化が駆動回路における変化を起こすので、検出エラーを
起こす。
【００１１】格子を含む物体を回転させる必要がある応
用、または電子装置(electronics)と物体とが互いに物
理的に間隔を空けている応用では、回転または他の動き
を可能にし得る接続メカニズムを介して、多数の導体を
システムまたはシステムの要素の間に結合しなければな
らない。従来のシステム用のそのようなケーブルは、か
なり大きくて扱いにくい。さらに、多数のコンタクトを
備えたコネクタは高価であり、そのコネクタを必要とす
る任意のシステムの包括的な信頼性を低下させる。
【００１２】今日の近代的な環境において、人工的、ま
たは自然発生的電磁エネルギー源は、数多く存在する。
地球をとりまく大気中でのそのようなエネルギー源のい
くつかの例は、静電気、雷雨、稲光、宇宙からの放射エ
ネルギー、および人工の電波である。これらのそれぞれ
は、互いに作用し、影響し合い、背景または干渉信号の
強度に依って、互いに対して干渉および背景ノイズを生
じさせる。したがって、入力信号を検出するするための
デバイスとしてアンテナを用いる装置において周知のよ
うに、これらの大気信号は、対象の信号を検出する能
力、および受け取る能力に干渉し得る。また、手で持つ
アンテナプローブを備えるシステムにおいて、人体はよ
り大きいアンテナとして機能し、そのプローブの保持者
からの信号が、手で持つアンテナプローブによって検出
される対象の信号に付加されることも公知である。所望
の信号が検出され得るかぎり、その付加される信号およ
びその信号が含む多重周波数は、そのようなシステムに
おける不正確さの程度を潜在的に付加することも公知で
ある。そのような望まない干渉を克服するために、人間
のユーザによって「拾われる」干渉信号がシステムの動
作に影響することを抑制するために多くの精巧な回路が
装置化されてきた。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、エレクトロ
グラフィックセンサ装置上のユーザが選択した位置を決
定する様々な器具および方法を含み、特に人間のユーザ
によって拾われる干渉信号のシステムへの影響を抑制で
き、かつ簡単な構造により比較的安価に製造可能なスタ
イラス（プローブアセンブリ）およびこれを利用した位
置検出機構を有するシステムを提供することを目的とす
る。
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的は、第１及び第
２の導電体を含むケーブルとスタイラスとを有するプロ
ーブアセンブリであって、前記第２の導電体の一端は信
号中立点に接続可能に構成されており、前記第１の導電
体の他端及び第２の導電体の他端は前記スタイラスに組
み込まれ、前記スタイラスはその外部に導電ポリマーを
含む電気的に伝導性のコンタクトを有し、前記第２の導
電体の他端は前記電気的に伝導性のコンタクトに接続さ
れてなるプローブアセンブリによって達成される。
【００１５】上記目的はさらに、ユーザによって選択さ
れた位置の座標を決定し、当該位置の座標を利用するシ
ステムとともに使用するプローブアセンブリであって、
前記システムは、二次元面あるいは三次元面から信号を
放射する物体と、前記物体面から検出した信号に基づき
位置座標値を決定する処理を行うプロセサーとを有して
おり、前記プローブアセンブリは、ケーブルと、スタイ
ラスと、第１および第２の導電体とを有し、前記ケーブ
ルは、一端部が前記プロセッサに接続されるように構成
された前記第１の導電体と、一端部が信号中立点に接続
されるように構成された前記第２の導電体を含むように
構成されており、前記スタイラスは、信号を受信するよ
うに構成された先端部と前記第１および第２の導電体の
他端部とを含み、前記第１の導電体の他端部は前記スタ
イラスの先端部に接続され、ユーザが前記面近傍に前記
スタイラスの先端部を位置決めしたとき前記面から放射
される選択された位置に対応する情報を含む信号を受信
するように構成されており、前記スタイラスはさらに、
ユーザが前記スタイラスを保持しているとき、該ユーザ
を前記第２の導電体を介して前記信号中立点に接続する
ように構成されてなるプローブアセンブリよって達成さ
れる。
【００１６】上記目的はさらに、ユーザによって選択さ
れた二次元面あるいは三次元面上の位置の座標を決定
し、当該位置の座標データを利用するシステムとともに
使用するプローブアセンブリであって、前記プローブア
センブリは、第１の導電体および第２の導電体を有する
ケーブルと、細長い形状を有するスタイラスとを有し、
前記第１の導電体の一端が前記システムに接続され、前
記第２の導電体の一端が信号中立点に接続されるように
構成されており、前記第１および第２の導電体の他端が
スタイラス内に配置されており、ユーザがスタイラスの
先端を前記面上に近接させ位置決めするとき、前記スタ
イラスの先端に配置された前記第１の導電体の先端部が
当該位置に対応する情報を含む前記面から放射される信
号を受信し、受信した信号を前記システムに供給するよ
うに構成されており、前記スタイラスはさらに、前記ス
タイラスをユーザが保持したとき当該ユーザが接触し当
該ユーザを前記信号中立点に接続する手段を備えてなる
プローブアセンブリによって達成される。
【００１７】上記目的はまた、ユーザによって選択され
た二次元面あるいは三次元面上の位置を決定し、当該決
定された位置の座標情報を利用するシステムに接続して
使用するスタイラスであって、前記スタイラスは、先端
部に配置されたアンテナ部と、アンテナ部に電気的に接
続されスタイラスの長さ方向に延長する中心導体と、ア
ンテナ部を露出し残余の中心導体をシールドするシール
ド部とを有し、前記中心導体は前記システムに接続さ
れ、前記シールド部は信号中立点に接続されるように構
成されてなるスタイラスによって達成される。
【００１８】上記のスタイラスおよびプローブアセンブ
リを、２次元あるいは３次元面を有する物体と、前記物
体面から該面の各位置に対応する情報を含む信号を放射
する送信部と、予め情報が格納されたメモリ手段とを含
むシステムに適用し、ユーザが前記スタイラスを保持し
てその先端部を前記面に近接して位置を選択したとき、
当該選択された位置に対応する情報を含む信号が前記ス
タイラスによって検出され、検出された情報に基づき選
択された位置の座標が決定され、決定された座標情報を
アドレスとして利用して前記メモリ手段にアクセスする
ように構成することができる。
【００１９】本発明によるシステムは、ユーザが選択し
た位置の位置座標を図形表示の座標に変換する能力を有
する。このような図形表示は、地図または地球儀、架空
の地図または星もしくは他の惑星の１つの表示であり得
る。これらの図形座標はまた、選択された図形座標に対
してメモリ内に予め記憶された情報を電子的にユーザに
送達するためにも用いられ得る。
【００２０】実際の応用では、本発明は、また、２つの
導体を備えるケーブルを有するプローブアセンブリをも
含む。一方の導体の近位端はプロセッサに接続され、且
つ他方の導体の近位端は信号中性点に接続される。次い
でスタイラスがケーブルに接続され、２つの導体の遠位
端がスタイラス内に組み込まれる。その際、一方の導体
の遠位端は、接触点が信号を選択的に付与され、ユーザ
がスタイラスを表面上の選択された点の近傍に設置する
場合、層からの信号を受け取るために設置されるプロセ
ッサに接続される。他方の導体の遠位端は、ユーザを信
号中性点に接続するスタイラスを保持する場合に、ユー
ザによって接触されるように設置される。ユーザがスタ
イラスを保持し、接触点に接触する確率を最大限にする
ために、接触点は、外部の、スタイラスを使用の際にユ
ーザによって接触されるような場所に配置される。
【００２１】更にその確率を改善するために、且つスタ
イラスを保持する際の快適性を増加するために、可撓性
の導電ポリマーから形成される、導電性を備える接触点
は、スタイラスを保持する際のユーザへの快適性を最大
化するような位置において、スタイラスを取り囲むよう
に配置される。
【００２２】従って、本発明の範囲を十分に説明するた
めに、種々の実施態様の詳細な説明が、以下の好ましい
実施態様の説明において提供される。しかし、以下の説
明は、排他的なものではなく、提示される多くの主題に
おける変更も本発明の一部であると見なされる。
【００２３】
【発明の実施の形態および実施例】本発明は、ユーザに
よって選択される任意の形状の２次元または３次元表面
上の位置（location）を決定し、データ記憶位置または
その位置に関連する、その位置内に記憶された情報への
アクセスを提供するシステムおよび方法に関し、これに
用いられるスタイラスは図１３を用いて具体的に後述さ
れる。
【００２４】本発明によるスタイラスが適用されるシス
テムは、所定の座標系における座標の形態で位置情報を
決定する。次に、その位置情報は、関連のマイクロプロ
セッササブシステムのメモリ内の位置へのアドレスとし
て作用する。その位置、またはアドレス自体は、表面上
の対応する位置に属する、予め記憶されたデータを取り
出し、表面上の対応する位置に属するデータを記憶し、
本発明を適用するシステムの挙動を変更するか、または
従来のディスプレイもしくはプリンター装置上でユーザ
に提示されるために使用され得る。
【００２５】本発明を適用するシステムは、以下に記載
するように、受信機を用いて特定の位置指示信号を測定
することによって、ユーザが選択した表面上の位置を決
定する。２次元または３次元物体については、本発明
は、単一の受信回路のみ必要とする。
【００２６】本発明の種々の実施熊様において、スタイ
ラスは、送信機に負荷をかけない、または負荷をかけて
も無視できる程度であり、Meadowsの装置における駆動
回路の変化ではなく、スタイラスが接触する表面上の点
における信号レベルが測定される。さらに、従来技術の
動作に大きく影響する、指またはリングなどの潜在的な
幻影(phantom)スタイラスは、送信機に無視できる程度
の負荷効果を有するだけである。従って、本発明は、幻
影スタイラスに対して免疫をもつ。
【００２７】本発明を適用し得るシステムの一態様にお
いて、活性表面は、導電ポリマー複合体（導電プラスチ
ック）または非導電材料上の導電コーティングで形成さ
れ得る。これは、従来技術に対して実質的にコスト面で
有利である。なぜなら、オーバーレイまたは埋め込みワ
イヤが必要ではなく、表面自体が、必要な構造的支持体
を提供するからである。本発明を適用する装置は、典型
的には、他の構造を必要としない成形または真空形成さ
れた導電ポリマー複合体の表面を含み、炭素ポリマー材
料、または塗布される導電コーティングのみのコストが
さらにかかるだけである。さらに、射出成形による感応
表面の形成によって、タッチ感応複合形状が容易に形成
できる。位置選定システムおよび構造的支持体における
要素として炭素ポリマー複合材料を用いると、凸凹のつ
いた信頼のおけるシステムが提供される。炭素ポリマー
複合材料は、本来凸凹しており、このシステムは、層間
の結合が悪化し、層が分離し得る多層システムではな
く、このような材料の単一な層を用いる。
【００２８】単一の物体（例えば、長方形、円、または
楕円）の全表面を駆動するために、少なくとも３つのコ
ンタクトが必要である。複雑な物体にはさらにコンタク
トが用いられ得、簡単な形状には、回路の感度を増加さ
せるのではなく解像度を増加させる必要がある。コンタ
クトの数、即ち、ワイヤカウントが少ないと、低コスト
になり、製造が容易になり、遠隔または移動可能な表面
の応用（例えば、回転地球儀）が可能になる。
【００２９】表面に導電ポリマー材料を用いる利点は、
コンタクトが表面の後ろまたは内部に設けられ、それに
よって、100％活性な前面または外面が成し遂げられる
ことである。
【００３０】さらに、本システムは、既知でない可変コ
ンタクト抵抗を補償し得る特有の表面駆動技術を含む。
種々のコンタクト型および機械接続機構は、実質的にコ
ンタクト間で変化し、移動、温度およびエージングなど
の機械的および環境ストレスによって経時的に変化する
コンタクト抵抗を形成する。他の技術は、既知または一
定のコンタクト抵抗のコンタクトに依存し、コンタクト
抵抗における補償されない変化は、位置検出エラーとな
る。
【００３１】本システムは、コンタクト抵抗における差
および変化を補償する種々の機構を用いることを可能に
する。これらの機構のそれぞれが用いられ得、それぞれ
がそれ自体の利点を提供する。１つの可能な機構は、各
コンタクトとして２つの電極を用いることを含み、これ
らの電極は互いに接近し、電気的に相互接続されている
が、接触していない。この構造におけるこれらの電極の
１番目の電極は、信号駆動ソースに取り付けられ、これ
らの電極の２番目は、高インピーダンスフィードバック
パスを提供する。この構造において、信号駆動ソース
は、第２の電極における信号レベルが所望の値で、コン
タクト抵抗とは独立して、表面上の既知の点における既
知の信号レベルを提供するように調整される。ここで、
駆動方法はまた、抵抗材料の経時的な温度による変化、
およびコンタクト抵抗における変化の自動調整を提供す
る。
【００３２】第２の可能なメカニズムは、コンタクト毎
に唯１つの電極を持ち、表面の抵抗性材料に対する各コ
ンタクトの抵抗値を測定する。３つの接触点Ａ、Ｂ、お
よびＣを有するこのようなシステムでは、信号レベル測
定は、点Ａと点Ｂとの間に既知のレベルの信号を印加す
る一方で、インピーダンスの高いパスを介して点Ｃで行
われる。次に同様の測定が、点Ｃと点Ａとの間に信号を
印加しながら点Ｂで行われ、点Ｂと点Ｃとの間に信号を
印加しながら点Ａで行われる。従って、表面上のコンタ
クトの位置および表面材料の抵抗率が分かると、点Ａ、
Ｂ、およびＣと表面材料との間のコンタクト抵抗は、図
６を参照して後述するように計算され得る。
【００３３】さらに、本システムは、精度を向上させる
ために迅速な測定および進行中(on-the-fly)の較正を提
供するマルチステート駆動シーケンスの使用を組み込ん
でいる。
【００３４】ユーザによって選択される物体の表面上の
１つの点でいくつかの信号測定を行うためにスタイラス
が用いられる。先ず、表面のための基線ＤＣオフセット
および環境ノイズレベルを決定するために、コンタクト
に信号を印加せずに測定が行われる。本明細書ではこの
測定をＤＣ−ＯＦＦＳＥＴと呼ぶ。第２の測定は、全面
的な信号値を決定するために、コンタクトのすべてに信
号を印加して行われる。
【００３５】本明細書ではこの測定をＦＵＬＬ−ＳＣＡ
ＬＥと呼ぶ。次に、一対のコンタクトに信号を印加し
て、これら２点の間の表面にわたって信号レベル勾配を
作成するために、別の測定が行われる。本明細書ではこ
れをＸ軸および測定値Ｘと呼ぶ。
【００３６】次に信号を別のコンタクト対に印加して、
別の方向の信号レベル勾配を作成する。本明細書ではこ
れをＹ軸および測定値Ｙと呼ぶ。次にシステムによって
以下の計算が行われ、表面上の上述のように定義された
ＸおよびＹ軸に沿って選択された位置が決定される。
【００３７】 Px=(X-DC-OFFSET)/(FULL-SCALE-DC-OFFSET) (1) Py=(Y-DC-OFFSET)/(FULL-SCALE-DC-OFFSET) (2)
【００３８】次に表面上の実際の位置は、表面材料のた
めの信号レベル勾配の、数学的なまたは経験的に決定さ
れたモデルを用いることによって、ＰxおよびＰyから決
定され得る。
【００３９】本システムでは、必要とされる基本的な項
目（すなわち、アルゴリズムおよび伝導性材料）はかな
り長い間知られているものである。アルゴリズムの基礎
は数世紀前に遡る。本明細書で表面材料として示唆され
るものに類似した類似の電気的特性を有する材料もまた
数十年にわたって知られている。本システムのアルゴリ
ズムの基礎は、三角測量を用いて物体の表面上の点の位
置を決定することである。三角測量とは以下のように定
義される。「未知の点を、航海術におけるように、該未
知の点と２つの既知の点とを頂点とする三角形を形成す
ることによって位置選定すること。」（The American H
eritage Dictionaryof the English Language，Third E
dition）
【００４０】三角測量は、三角法の基本的な教義であ
り、ある物体の表面上の点の位置を突き止めるときこれ
を使用することは数世紀にわたって用いられている。こ
れは、天測航行、測量、全地球位置決定システム（ＧＰ
Ｓ）、地震学などの応用で用いられる。
【００４１】本システムでは、三角測量におけるよう
に、位置は、問題の点での２つの既知の点との関係を測
定することによって決定される。この関係は、最初の２
つの固定点に既知のレベルの信号を印加しながら、スタ
イラスが受信する信号レベルにより決定される。その信
号レベルを有すると考えられる表面上のすべての点が、
可能な位置よりなるラインを形成する。別の関係は、別
の２つの固定点（異なるコンタクト対、しかし、一方の
コンタクトは最初のコンタクト対に含まれるコンタクト
の一方であり得る）およびスタイラスからの別の受信信
号レベルを用いて決定される。従って、これら２つの測
定からのこれら可能な位置よりなる２つのラインの交点
が、スタイラスが表面に接触した場所であることが分か
る。二次元の表面、またはコンタクトが縁部または赤道
部に配備された半球体などのいくつかの表面にとって
は、これは固有であり得る。
【００４２】理論上は、三次元空間内の位置は、４つの
非共面の既知の点からの距離によって固有に識別され得
る。このとき、三次元空間内の可能な位置が規制されな
いならば必要な既知の点の数は少なくしても良い。本発
明の目的のためには、関心対象の位置は表面の既知の形
状の表面上にあるように規制される。長方形または円形
などの形状では、表面上の位置はその表面上の３つの既
知の点からの距離によって定義され得る。ただし、これ
らの既知の点のすべてが表面形状の縁上にあるか、また
は同一線上にない場合に限る。球体または楕円体の連続
表面形状では、その形状の表面上の位置は、３つの既知
の点からの距離によって定義され得る。
【００４３】ただし、これらの３つの既知の点によって
定義される平面がその形状の中心点を含まない場合に限
る。円柱形状では、表面上の位置は３つの既知の点から
の距離によって定義され得る。ただし、これらの３つの
既知の点によって定義される平面がその円柱体の中心線
を交差しない場合に限る。
【００４４】コンタクトと表面上の点との間で決定され
る関係にとって、点はコンタクト対の視界内に存在しな
ければならない。すなわち、図８に示すように、任意の
点Ｘがコンタクト対ＡおよびＢの視界内に存在するため
には、それぞれＡとＢとの間およびＡとＸとの間に引か
れたベクトル間の開先角度Ａi、およびそれぞれＢとＡ
との間およびＢとＸとの間に引かれたベクトルによって
形成される開先角度Ｂ iは共に９０°より小さくなけれ
ばならない。さらに、表面は、点ＡとＸとの間およびＸ
とＢとの間に導電性材料を含まなければならない。図９
は、開先角度Ａ iは９０°より小さいが開先角度Ｂiが９
０°より大きいため、点Ｘが点ＡおよびＢの視野内にな
い状態を示す。
【００４５】実用においては、実際の測定装置の解像度
には限度があるため、もっと多くの接触点が使用され得
る。コンタクト数を増やす別の要因はコストである。受
信器および送信器回路の解像度と、各測定のために信号
がそれぞれの間の表面に印加されることになるコンタク
トの数との間でトレードオフがなされる。間隔をより密
にしてより多くのコンタクトが使用されると、送信／受
信回路の解像度は低下し得る。
【００４６】距離または位置の測定に材料の抵抗率を使
用することは、多年にわたって知られている。初期の例
としては、回転または摺動電位差計を用いて、ノブまた
はスライドの位置を決定することがある。
【００４７】本システムによって用いられ得る伝導性ポ
リマーは、少なくとも、伝導性ポリマー錯体(Conductiv
e Polymer Composites)の初期の製造業者であるＣＭＩ
が3MCompanyによって買収された１９７４年以来知られ
ていた。最小限に見積もっても、本システムによって利
用される材料およびアルゴリズムは２０年間、恐らくは
もっと長い期間にわたって容易に利用可能であった。し
かし、いずれの文献も、これらの要素を組み合わせて本
システムのような装置を製造することを教示も示唆もし
ていない。実際において、既知の参考文献のすべてがこ
の技法を教示していない。
【００４８】図１には、本発明によるスタイラスが適用
されるシステムのユーザ選択位置選定システムの基本的
な構成要素が示されている。これらは、選択された抵抗
率を有する二次元または三次元の伝導性表面１０（例え
ば、炭素添加プラスチック、または非伝導性表面に伝導
性コーティングを塗布）、およびこれに接着した３つの
伝導性コンタクト１２、１４、および１６を含む。コン
タクト１２、１４、および１６はそれぞれ導体２４、２
６、および２８を介してプロセッサ３０に接続される。
プロセッサ３０にはまた、ユーザが、ユーザが関心を抱
く表面10上の位置を示すために用いるスタイラス２０と
共に導体１８が接続され、スタイラスはその他端に先端
部２２を有する。
【００４９】次に、図２に示すように、ユーザが表面１
０上の点をスタイラス２０により選択するとき、上記に
一般的に述べたような一連の測定が行われる。先ず、コ
ンタクト１２、１４、および１６に信号を印加せずに、
プロセッサ３０はシステムのＤＣ−ＯＦＦＳＥＴ値をス
タイラス２０により測定する。次に、等しい振幅の信号
を３つのコンタクト１２、１４、および１６のすべてに
印加し、プロセッサ３０はＦＵＬＬ−ＳＣＡＬＥ信号値
をスタイラス２０により測定する。
【００５０】第３の測定は、全面的測定で用いられる振
幅の信号を、３つのコンタクトのうちの１つ、例えばコ
ンタクト１２に、第２のコンタクト、例えばコンタクト
１４は接地させた状態で印加することによって行われ、
この信号測定は、これら２つのコンタクト間の等電位線
（すなわち、図２のラインＸ）に沿ったいずれかの位置
に位置し得るスタイラス２０によって行われる。
【００５１】第４の測定は、異なるコンタクト対、例え
ば１２および１６に信号印加および接地を行うことによ
って行われ、この信号測定は、これら２つのコンタクト
間の等電位線（すなわち、図２のラインＹ）に沿ったい
ずれかの位置に位置し得るスタイラス２０によって行わ
れる。スタイラス２０の位置はラインＸおよびＹの交点
である。
【００５２】次にＰxおよびＰyの値が上記の等式１およ
び２に示すように計算される。実際の操作では、これら
のステップのそれぞれは、ユーザに特定の測定の開始ま
たは信号の切り替えを要求することなくプロセッサ３０
によって自動的に行われ得る。
【００５３】次にＰxおよびＰyの値が、プロセッサ３０
内のメモリへのアドレスとして使用され得る。このメモ
リから、スタイラスにより示される位置に関する情報が
得られ得る。この同じ技法はまた、データが後の検索の
ために先ず格納されるメモリ内のアドレス、または何ら
かの目的で始動される遠隔ディスプレイ上のアドレスを
決定するためにも用いられ得る。
【００５４】表面上の各固有の位置は、ＰXおよびＰYの
値の固有の組み合わせによって規定される。上記の一連
の測定から、表面上のスタイラスの位置は、等電位座標
と呼ばれるＰXおよびＰYによって表され得る。さらなる
計算もまた、所望であれば、該位置を等電位座標から別
の座標システムへと変換するために行われ得る。この変
換は、所望の座標システムへの等電位座標の公知のマッ
ピングを必要とする。
【００５５】マッピングは、均質な導電性材料または抵
抗率分布が公知である材料から形成された物体に対して
数学的に決定され得る。抵抗率分布が公知ではない物体
に関しては、所望の座標への等電位座標のマッピングが
経験的に決定され得る。どちらの場合も、マッピング
は、マイクロプロセッサメモリ内に格納され得、変換計
算が、マイクロプロセッサによって行われる。
【００５６】図３には、表面全体（例えば、図示される
ように半球体）にわたって連続的な定義式を有する表面
上でＰXおよびＰYの値を決定するための同じアプローチ
が示される。
【００５７】本発明の表面１０は、複雑な形状を有する
表面を含む二次元または三次元表面へと容易に成形され
得るまたは塗布され得る、炭素添加ポリマーまたは導電
性コーティング（例えば、3M Velostat 1840または180
1）などの材料を使用する。最小数の駆動回路および表
面と検出電子装置との間の接続により、電子装置と、表
面を電子装置に接続するという機械的局面との両方にお
いて複雑さがさらに低減される。より詳細には、本発明
の幾つかの実施形態が、以下の段落に説明され、図４以
降に図示される。
【００５８】図４に示される実施形態は、シート１００
（例えば、3M Velostat 1801等の炭素添加ポリマーの１
２インチ×１２インチ×０．１２５インチのシート）の
ような導電性材料の長方形片を含む。導電性材料はま
た、Spraylat Corp.のモデル５９９Ｙ１２４９等の導電
性コーティングを有する非導電性材料から形成されてい
てもよい。シート１００の端付近に固定され、シート１
００と電気的接触をとっているのは、コンタクト１０
２、１０４、および１０６である。シート１００上のコ
ンタクト１０２、１０４、および１０６と、信号生成器
１２２のコンタクト１２６、１２８、および１３０とを
それぞれ接続しているのは、導電性リード１０８、１１
０、および１１２である。
【００５９】信号生成器１２２は、スイッチ１３２の３
つの別個の端子（コンタクト１０２、１０４、および１
０６の各々に対応する端子）に接続された増幅器１３４
の非反転出力端子およびスイッチ１３６の３つの端子
（コンタクト１０２、１０４、および１０６の各々に対
応する端子）に接続された増幅器１３４の反転出力端子
を有する増幅器１３４をフィードする６０ＫＨｚの交流
信号生成器１２４を備える。次に、コンタクト１２６、
１２８、および１３０の各々は、スイッチ１３２および
１３６それぞれの異なる端子に接続される。図４におい
ては、スイッチ１３２および１３６の各々が、開放位置
で示される（すなわち、コンタクト１２６、１２８、お
よび１３０のいずれにも信号が与えられない）。
【００６０】次に、スイッチ１３２および１３６の各々
の位置が、ケーブル１３８および１４０をそれぞれを介
してマイクロプロセッサ１４２から制御され、それによ
って、マイクロプロセッサ１４２が、コンタクト１０
２、１０４、および１０６のどれが関連の制御リードを
介してスイッチ１３２を通して６０ＫＨｚの信号を受け
取り、コンタクト１０２、１０４、および１０６のどれ
が関連の制御リードを介してスイッチ１３６を通して反
転された６０ＫＨｚの信号を受け取るかを選択すること
が可能となる。
【００６１】６０ＫＨｚの交流信号がコンタクト１０
２、１０４、および１０６の１つまたはそれ以上に接続
されると、その信号がシート１００の導電性材料を介し
て放散され、スタイラス１１６が、表面１００の近くに
持ってこられた場合にアンテナとして作用する。スタイ
ラス１１６によって検出された信号は、次に、シールド
されたケーブル１１８を介して信号測定ステージ１２０
に導かれる。本実施形態においては、スタイラス１１６
は、完全に受動的であり、単純に、シールドされたケー
ブル１１８の端部を、スタイラス１１６の遠位端におい
て、ケーブル１１８の中心導体が放散された信号を受け
取るために露出されることが可能となるようにシールデ
ィングが取り外されたケーブル１１８の最後の１／８イ
ンチで封入するプラスチックシェルで構成されて製造さ
れ得る。従って、スタイラスの先端が、導電性材料の表
面１００近くにある場合には、放散された信号が、スタ
イラスアンテナによって受け取られ、信号測定ステージ
１２０に対する入力信号として提供される。
【００６２】信号測定ステージ１２０は、ケーブル１１
８に接続された復調器１４４を備えており、スタイラス
１１６が受け取る信号が復調され、復調された信号が、
次に、信号レベルとしてアナログーデジタル変換器（Ａ
ＤＣ）１４６に与えられる。ＡＤＣ１４６は、次に、そ
の信号レベルをデジタル化し、それをマイクロプロセッ
サ１４２に与える。
【００６３】本実施形態における交流信号の使用によ
り、スタイラス１１６が、シート１００の導電性材料と
直接的に接触することなく、シート１００の導電性材料
から放散された信号を受け取ることが可能となる。これ
によって、シート１００の導電性材料が、スタイラス１
１６が回避不能にシート１００の表面に突き当たること
を防止するため、または接触表面上にアプリケーション
に特異的なグラフィックを配置するために非導電性材料
の層で覆われることが可能となり、スタイラス１１６
が、選択された点でシート１００から信号測定ステージ
１２０によって測定される信号を受け取るためにアンテ
ナとして作用することが依然可能である。
【００６４】マイクロプロセッサ１４２は、６０ＫＨｚ
の信号または反転された６０ＫＨｚの信号を受け取るた
めに接続されたコンタクト１０２、１０４、および１０
６の異なるセットを用いて一連の測定を行うことを指示
するように符号化される。
【００６５】一旦ユーザが、関心対象のシート１００上
のある位置を選択すると、本発明のシステムは、すばや
く連続的に（例えば、時分割多重化によって）一連の測
定を行い、それによって、スタイラス１１６が指した場
所を決定し、ユーザに、求めている情報を提供する。
【００６６】上に概要を述べたように、第１の測定は、
本明細書中では、ＳｉｇｎａｌOFFS ETと呼ばれ、スイッ
チ１３２および１３６を全開放位置に設定することに関
与する。マイクロプロセッサ１４２は、次に、信号測定
ステージ１２０から信号レベルを読み出し、その値をＳ
ｉｇｎａｌOFFSETに割り当て、その値をＲＡＭ１４５に
保存する。
【００６７】上に概要を述べたように、第２の測定は、
本明細書中では、ＳｉｇｎａｌFULLと呼ばれ、スイッチ
１３２におけるコンタクトの３つのセット全てを閉鎖す
ることによって、６０ＫＨｚの交流信号を全てのコンタ
クト１０２、１０４、および１０６に同時に接続させる
ことに関与する。マイクロプロセッサ１４２は、次に、
信号測定ステージ１２０から信号レベルを読み出し、そ
の値をＳｉｇｎａｌFU LLに割り当て、その値をＲＡＭ１
４５に保存する。
【００６８】次に、マイクロプロセッサ１４２は、次の
測定で使用するために、１組のコンタクト（例えば、１
０２および１０４）を選択する。コンタクト１０２は、
本考察に関しては点Ａであり、スイッチ１３２を介して
６０ＫＨｚの交流信号を受け取るように接続される。こ
れらの２つのコンタクトのうちの他方、すなわちコンタ
クト１０４（本考察に関しては点Ｂ）は、スイッチ１３
６を介して６０ＫＨｚの反転交流信号を受け取るように
接続される。第３のコンタクト１０６は、単純にスイッ
チ１３２および１３６の両方において開放スイッチセク
ションに接続される。マイクロプロセッサ１４２は、次
に、ＲＡＭ１４４において信号測定ステージ１２０から
の信号レベルを格納し、その値をＳｉｇｎａｌRAW-ABに
割り当てる。
【００６９】通電した（energized）コンタクト１０２
と１０４との間で、信号レベル等電位マップ１１４Ａ
が、シート１００の導電性材料における分布抵抗の影響
によって描かれ得る。等電位信号レベルラインの形状お
よび値を含む、１１４Ａ、１１４Ｂ、および１１４Ｃ等
の信号等電位マップは、ＲＯＭ１４６に格納される。
「Electromagnetics」（John D．KrausおよびKeith R．
Carver、McGraw-Hill、1973、pp.266-278）に記載され
るように、これらの信号等電位マップは、シート１００
とコンタクトの各組との間の境界条件を満たすラプラス
方程式（▽2Ｖ＝０）に対する固有の解を求めることに
よって生成される。それらに限定されることはないが、
直接的数学解法、グラフ式逐一点コンピュータモデリン
グ（graphical point-by-point computer modellin
g）、および経験的判定を含む、物体に対するラプラス
方程式の解を求めるための多くの方法が存在する。均質
な導電性材料および単純な形状に関しては、直接的数学
解が容易に得られ得る。均質性、形状またはコンタクト
配置が他の方法を受けつけない材料の場合には、経験的
判定が使用され得る。
【００７０】経験的判定方法では、座標システムが選択
され、装置上にオーバーレイされる。１０２および１０
４等のコンタクトの特定の組に関するマップを決定する
ためには、コンタクトが、上記のＳｉｇｎａｌRAW ABの
測定と同じ様式で通電される。選択された座標システム
上の各交点において、ＳｉｇｎａｌRAW ABの値が測定さ
れる。選択された交点の粒状度が十分に細かければ、等
電位マップは、同じ測定値を含有する点を見つけること
によって直接的に抽出され得る。そうでなければ、等電
位ラインが、測定された点の間を補間することによって
計算され得る。
【００７１】第３の測定に関しては、マイクロプロセッ
サ１４２は、１０２および１０６等の別のコンタクトの
組を選択する。コンタクト１０２（上記のように再び点
Ａと呼ばれる）は、スイッチ１３２を介して６０ＫＨｚ
の交流信号を受け取るように接続され、そのように接続
されたただ１つのコンタクトである。他方のコンタクト
１０６（本考察では点Ｃと呼ばれる）は、スイッチ１３
６を介して６０ＫＨｚの反転信号に接続される。マイク
ロプロセッサ１４２は、次に、信号測定ステージ１２０
からの信号レベルを記録し、その値を、Ｓｉｇｎａｌ
RAW-ACに割り当てる。
【００７２】２つの信号ＳｉｇｎａｌRAW-ABおよびＳｉ
ｇｎａｌRAW-ACは、コンタクト間の材料抵抗によってだ
けではなく、シート１００の導電性材料の表面からのス
タイラス１１６の高度、スタイラス１１６の姿勢または
角度、および環境の変化、エイジング、または他の要素
による回路機構の変化を含む多数の他の要素によっても
影響を受ける。信号、すなわちＳｉｇｎａｌFULL、高
度、姿勢、および回路機構の変化によって同様に影響を
受けるが、不変の信号等電位マップを有し、その結果、
ＳｉｇｎａｌFULLの値が、ＳｉｇｎａｌRAW-ABおよびＳ
ｉｇｎａｌRAW-ACの値を正規化するために使用され得、
それによって、以下の式を使用して、高度、姿勢、およ
び回路機構の変化の影響が取り除かれる。
【００７３】 ＳｉｇｎａｌNORM＝ＳｉｇｎａｌRAW／ＳｉｇｎａｌFULL (3)
【００７４】SignalRAMおよびSignalFULLはともに、最
終値においてＤＣオフセットを生成する回路でのある特
定の変化による影響を受ける。必要であれば、それらの
影響を取り除くように、方程式３を以下の方程式４に示
されるように変更してもよい。
【００７５】 SignalNORM＝(SignalRAW−SignalOFFSET)/(SignalFULL−SignalOFFSET) (4)
【００７６】方程式３および４のいずれかの式をsignal
RAW-ABおよびSignalRAW-ACの各々に適用すると、正規化
された信号であるsignalNORM-ABおよびSignalNORM-ACを
得ることができる。
【００７７】例えば、所定の信号マップ１１４Ａおよび
値signalNORM-ABを用いると、スタイラス１１６の位置
が、コンタクト１０２とコンタクト１０４との間の、１
１５などの１つの信号レベル線に解析（resolve）され
得る。
【００７８】所定の信号マップ１１４Ｂおよび値signal
NORM-ABを用いると、信号マップ１１４Ｂにおいて、コ
ンタクト１０２とコンタクト１０６との間で、別の信号
レベル線が決定され得る。その後、スタイラス１１６の
位置は、１１４ＡにおいてsignalNORM-ABによって選択
された信号レベル線が、１１４ＢにおいてSignalNORM-
ACによって選択された信号レベル線に交差する点Ｐに解
析される。
【００７９】解析点Ｐの使用は、SignalFULLの値を所定
の閾値レベルと比較して受信信号が有効であるかどうか
を判断することにより、マイクロプロセッサ１４２によ
って認定される。この閾値は通常、応用あるいはユーザ
の分解能（resolution）に対する要求を満たすように、
経験的に決定される。シート１００の導電材料の表面か
らのスタイラス１１６の高度が下げられると、受信信号
の強度が大きくなり、位置の分解能はより正確になる。
描画（drawing）タブレットなどの幾つかの応用は、ユ
ーザの操作予想に合わせるために、特定の高度閾値を必
要とし得る。
【００８０】これらの応用では、ユーザは、システム
が、スタイラスの先端が表面に接触するまで、スタイラ
ス位置を認知するとは予想していない。その他の応用
は、より高いまたはより低い分解能を必要とし得る。応
用は、その要求に最良に合う高度閾値を選択し得る。特
定の応用についてSignalFULL閾値が満たされると、解析
点Ｐは有効であると考えられる。
【００８１】上で述べた測定は連続的に行われ、各測定
は、典型的には、４ミリ秒以内で行うことができるた
め、シーケンス全体は、１２ミリ秒〜１６ミリ秒で終了
する。測定間でのスタイラス位置の変化を最小にするよ
うに測定シーケンスは迅速に終了しなければならないた
め、このことは重要である。信号測定装置の能力が適宜
選択されるのであれば、実質的により速いサンプル時間
が用いられ得る。
【００８２】一連のスタイラスの場所を迅速に連続して
測定することを必要とする応用を支持するためには、ス
タイラスの移動よりも実質的に速いサンプル時間を選ば
なければならない。スタイラス位置の連続的な検出を必
要とするであろう応用は、点の連続が線を形成する電気
描画パッドであろう。このタイプの応用は、２００マイ
クロ秒のオーダーのサンプル時間を必要とし得る。
【００８３】上述の実施形態では、信号生成器１２２
は、６０ＫＨｚのＡＣ信号を生成するが、その代わり
に、ＤＣ電圧レベルを用いてもよい。６０ＫＨｚの信号
の代わりにＤＣ信号レベルを用いると、スタイラス１１
６とシート１００の導電材料とを接触させずにスタイラ
スの位置を検出する能力が不要となる。スタイラスと材
料とが直接接触するため、スタイラスの高度および姿勢
の影響は、SignalRAWの測定に寄与しない。なぜなら、
スタイラスの高度および姿勢は、SignalRAWの測定にお
いて、支配的な変動ソースであるからである。スタイラ
スの高度および姿勢が測定に不要になると、SignalRAW
をSignalFULLに関して正規化する必要性が低減される
か、あるいはなくなる。
【００８４】また、最小数の測定で得られた、スタイラ
ス１１６が指している点をさらに正確にする／確認する
ために、より多くの測定（コンタクト１０４〜１０６、
即ち、Ｂ〜Ｃ）を行ってもよい。マイクロプロセッサ１
４２はまた、スタイラス１１６の移動によって生じる変
化を減らし、分解能を向上するために、測定値をフィル
タリングするようにプログラムされ得る。
【００８５】受信復調器の同期検出技術は、ノイズ免疫
を実質的に向上させる。受信信号には、ＦＥＴスイッチ
（例えば、ＤＧ４４１）を用いて、送信信号が乗算され
る。
【００８６】その後、結果として得られた乗算信号は積
分され、ＤＣ成分が決定される。変換のためにＡＤＣに
与えられるのは、この積分信号である。乗算および積分
の正味の効果は、送信信号と同じ周波数および位相の受
信信号だけが見られることである。そのような信号は、
送信器と同期していると考えられるため、同期復調と言
う名前である。効果的なノイズ免疫が達成されるのは、
通常、ノイズソースが送信器に同期されておらず、その
ため、乗算および積分後には見られないからである。受
信スタイラスによって検出された送信信号のうちの所望
の部分だけが測定される。
【００８７】導電表面の縁部付近の精度を高めるため
に、特別な技術を用いることができる。ある特定の形状
の表面上には、等電位の線が縁部付近でほぼ平行になり
得る。
【００８８】これにより、位置精度が低減しやすい。Si
gnalFULLは縁部に幾らか近い場所で立ち下がる可能性が
高いため、縁部までの距離は、SignalFULLのみから推定
できる。縁部から、縁部付近の２本の等電位線の交差部
によって決定された点までの距離の推定値を適用するこ
とは、位置精度を向上する助けとなり得る。
【００８９】隔離された北半球および南半球からなる地
球の赤道のように、２つの電気的に絶縁された表面が同
じ縁部に沿って終わる場合、同様の技術を用いて、縁部
付近の位置精度を向上することができる。そのような場
合、縁部からの距離は、両表面からのSignalFULLを比較
することによって推定することができ、SignalFULL-Aの
SignalFULL-Bに対する比を用いて、高度および姿勢の影
響を推定する助けとすることができる。
【００９０】一旦、ユーザが示した位置が決定される
と、システムは、その位置に関連する情報がシステム全
体に予め格納されているかまたは格納されるアプリケー
ションにおいて用いられ得る。そのアプリケーションを
イネーブルにするために、データバスを介してマイクロ
プロセッサ１４２とのインターフェースをとるＲＡＭ１
４５、ＲＯＭ１４７、オーディオ／ビデオカード１５
０、およびＣＤＲＯＭドライブ１５６が示されている。
例えば、表面１００がマップのオーバーレイを有する場
合、ＲＯＭ１４７あるいはＣＤＲＯＭドライブ１５６の
ＣＤに予め格納される情報であって、オーディオ／ビデ
オカード１５０およびスピーカ１５４またはモニタ１５
２を介して音声または視覚的な形態でユーザに送達する
ことができる情報が存在し得る。
【００９１】コンタクト１０２、１０４および１０６
と、シート１００の導電材料との間の接続のコンタクト
抵抗は、信号マップ（１１４Ａ、１１４Ｂおよび１１４
Ｃ）の絶対信号レベルを規定する際に重大な役割を果た
し得る。そのコンタクト抵抗は、信号レベルの絶対値に
影響を及ぼすが、信号線の形状または分布にはわずかな
影響しか与えない。１つのコンタクトと、シート１００
の導電材料との間のコンタクト抵抗は、異なるコンタク
ト間の導電材料の抵抗と同様の値またはそれよりも高い
値である場合もある。１つのコンタクトと、導電材料と
の間の抵抗もまた、化学的または機械的な要因のため、
経時的に変化する。コンタクト−導電材料の抵抗はま
た、製造された製品において装置（unit）ごとに異なり
得る。
【００９２】図４の実施形態において取り組まれている
コンタクト−導電材料の抵抗差を計算により自動的に補
償するために、本発明の別の実施形態が図５に示され
る。図４と図５との比較から分かるように、２つの回路
実施形態のエレメントの多く、特に、シート１００、信
号測定段１２０、マイクロプロセッサ１４２およびそれ
に関連する構成要素、信号生成器１２４、増幅器１３
４、ならびにスイッチ１３２および１３６は同一であ
り、同じ方法で互いに接続されている。以下に説明する
図５の付加的なエレメントは、上述の抵抗差の自動補償
を与えるために加えられる。
【００９３】これら２つの図の間の第１の差は、シート
１００に取り付けられたコンタクトの構造にある。図５
では、簡単に言うと、図４に示されるような１つのコン
タクトが、接続された１対のコンタクトに置き換えられ
ている。各接続された対の第１のコンタクトは、信号生
成器の接続が行われる点として用いられるが、接続され
た対の第２のコンタクトは、信号レベルの測定が行わ
れ、測定点での信号レベルが既知のレベルとなるよう
に、その接続された対の第１のコンタクトで注入されて
いる信号レベルの調整が行われる点として用いられる。
【００９４】例えば、図４のコンタクト１０２は、図５
では接続された対２０２ａおよび２０２ｂに置き換えら
れている。この実施形態では、コンタクト２０２ａは、
シート１００上で図４のコンタクト１０２と同じ点に配
置される直径０．０６２５インチのコンタクトであり
得、シート１００の導電材料への信号注入点として用い
られる。同様に、コンタクト２０２ｂは、コンタクト２
０２ａから０．２５インチの離れた場所に配置される直
径０．０６２５インチのコンタクトであり得、シート１
００上の関連する点において信号レベルが測定される点
として用いられ得る。
【００９５】図４の実施形態との第２の差は、２入力端
子増幅器２２０、２２４および２２８（例えば、ＭＣ４
５５８）の各々の出力端子の、コンタクト２０２ａ、２
０４ａおよび２０６ａへのそれぞれの接続である。増幅
器２２０、２２４および２２８の各々は、スイッチ１３
２および１３６の出力端子のうちの異なる出力端子に接
続される正の入力端子を有する。増幅器２２０、２２４
および２２８の各々は、シート１００に取り付けられた
各接続された対の「ｂ」コンタクト（即ち、コンタクト
２０２ｂ、２０４ｂおよび２０６ｂ）のうちの異なるコ
ンタクトに接続される負の入力端子を有する。
【００９６】入力信号がコンタクトの抵抗を通過すると
き、信号レベルは減少する。コンタクトの抵抗が変化す
ると、信号レベルはコンタクト抵抗の変化に反比例して
変化する。従って、入力信号レベルのそのような変化を
別の方法で逆補償すれば、コンタクト抵抗の変化に起因
する信号レベルの変化は相殺される。閉ループフィード
バック理論の当業者であれば、シート１００の「ｂ」コ
ンタクトが「ａ」コンタクト駆動増幅器２０２Ａ、２０
４ａおよび２０６ａにフィードバックを与えることによ
り、これらの増幅器がコンタクト抵抗に起因する信号レ
ベルの減少を感知して損失を補償するために必要な信号
増幅(boost)を提供することを理解するであろう。
【００９７】コンタクト抵抗を補償するための別のメカ
ニズムは、コンタクト抵抗の現在値を決定し、信号マッ
プにおける絶対値をコンタクト抵抗値の変化に基づいて
調整することである。図６に示す実施態様はその機能を
行う。
【００９８】図４および６の実施態様をもう一度比較
し、その類似点は、コンタクト１０２、１０４および１
０６を有するシート１００、スタイラス１１６およびシ
ールドケーブル１１８、信号測定ステージ１２０、マイ
クロプロセッサ１４２および関連構成要素、ならびに信
号生成器１２２を含む。ここでの新しい構成要素は、配
線３０２を介したマイクロプロセッサ１４２の制御下に
おいて、どの信号を信号測定ステージ１２０の復調器１
４４の入力端子に入力するかの選択性を提供するため
の、４点スイッチ３０１である。４つの可能な信号入力
源は、スタイラス１１６および、シート１００上のコン
タクト１０２、１０４および１０６のうち任意の１つで
ある。
【００９９】２点の間の信号マップにおける任意の位置
について、電流が流れている任意のコンタクトの抵抗の
変化は、観察される信号値を変化させる。例えば、図４
のコンタクト１０２および１０４の間の１１４Ａなどの
所定あるいは計算された信号マップにおいて、コンタク
ト１０２におけるコンタクト抵抗の変化は、信号マップ
の絶対値を変化させるが、信号マップの分布すなわち形
状は変化させない。１０４におけるコンタクト抵抗が変
化し、新しいコンタクト抵抗が測定されるならば、マイ
クロプロセッサは所定あるいは計算された信号マップを
調整して変化したコンタクト抵抗を補償できることにな
る。
【０１００】図６における３つのコンタクト１０２、１
０４および１０６におけるコンタクト抵抗の変化を測定
および計算するために、３つの追加的な測定を行う。こ
れらの測定は、ＳｉｇｎａｌFULL、Ｓｉｇｎａ
ｌOFFSET、ＳｉｇｎａｌRAW-AB、およびＳｉｇｎａｌ
RAW-ACの測定のシーケンスに追加されてもよい。ここで
説明のためにコンタクト１０２、１０４および１０６を
Ａ、Ｂ、およびＣと呼ぶ。第１の追加的測定のために、
マイクロプロセッサは、スイッチ１３２を介して６０ K
HzＡＣ信号に接続されるコンタクト１０２を選択し、ス
イッチ１３６を介して反転６０KHzAC信号に接続される
コンタクト１０４を選択する。信号測定装置は、固定点
であるコンタクト１０６に、スイッチ３０１を介して選
択される。次にマイクロプロセッサは、信号測定ステー
ジからの信号レベルを、ＲＡＭ内にＳｉｇｎａｌCとし
て格納する。
【０１０１】第２の追加的測定は、コンタクト１０２を
６０KHzＡＣ信号に接続しコンタクト１０６を反転６０K
HzＡＣ信号に接続して行われる。固定点であるコンタク
ト１０４は、信号測定装置に接続される。次にマイクロ
プロセッサは、信号測定ステージからの信号レベルを、
ＲＡＭ内にＳｉｇｎａｌBとして格納する。第３の追加
的測定は、コンタクト１０４を６０KHzＡＣ信号に接続
しコンタクト１０６を増幅器１３４の反転６０KHzＡＣ
信号端子に接続して行われる。固定点であるコンタクト
１０２は、信号測定装置に接続される。次にマイクロプ
ロセッサは、信号測定ステージからの信号レベルを、Ｒ
ＡＭ内にＳｉｇｎａｌAとして格納する。
【０１０２】このように、測定された信号レベルは、等
式５ａ〜５ｃによって定義される：
【０１０３】 ＳｉｇｎａｌC＝ＳｉｇｎａｌIN[(Ｘ・ＲAB＋ＲA)／(ＲA＋ＲAB＋ＲB)] (5a) ＳｉｇｎａｌB＝ＳｉｇｎａｌIN[(Ｙ・ＲAC＋ＲA)／(ＲA＋ＲAC＋ＲC)] (5b) ＳｉｇｎａｌA＝ＳｉｇｎａｌIN[(Ｚ・ＲBC＋ＲB)／(ＲB＋ＲBC＋ＲC)] (5c)
【０１０４】ＳｉｇｎａｌINは２つのコンタクト間に投
入される信号レベルであり；ＲAB、ＲAC、およびＲ
BCは、それぞれコンタクトＡとＢ、ＡとＣ、ならびにＢ
とＣの間の材料の体抵抗であり；Ｘ、Ｙ、およびＺは、
測定点で見た２つの駆動コンタクト間の体抵抗の分布を
規定し；ＲA、ＲB、およびＲCはそれぞれ、コンタクト
Ａ、Ｂ、およびＣにおけるコンタクト抵抗である。
【０１０５】ＳｉｇｎａｌIN、Ｘ、Ｙ、Ｚ、ＲAB、
ＲAC、およびＲBCの値は、特定の装置について測定およ
び／または計算され得、マイクロプロセッサメモリ内に
格納され得る定数値である。従って、一連の３つの連立
方程式において３つの変数ＲA、ＲB、およびＲCが残
る。次にマイクロプロセッサは、これらの連立方程式を
ＲA、ＲB、およびＲCの値について解いた後、ＲA、
ＲB、およびＲCの新しい値に基づいて信号値テーブルを
調整し得る。
【０１０６】一対のコンタクトを駆動しスタイラスに接
続されたレシーバで感知を行うための別のメカニズム
は、スタイラスおよびコンタクトの一方を駆動メカニズ
ムとして用い、他方のコンタクトによって感知を行うこ
とである。別のコンタクトを駆動コンタクトとして選択
しさらに別のコンタクトを感知コンタクトとして選択し
て、一連の測定を行い得る。
【０１０７】また別の駆動および測定方法が、周波数分
割多重化を用いることにより提供される。上述の方法
は、異なる時刻において行われる一連の測定ステップを
包含していた。周波数分割多重化方法においては、一対
の接触点を異なる周波数信号で同時に駆動する。従っ
て、スタイラスが受け取る信号は、これら異なる周波数
信号を複合したものであり、対応する信号を各々同時に
測定する複数の独立した（すなわち周波数で分けた）信
号測定装置に分配される。この実施態様における複数の
測定装置は、狭い周波数帯域内の信号を測定するように
設計される。この測定法により、信号駆動および測定検
出システムがより複雑にはなるが、より少ない時間で位
置を測定する可能性が提供される。
【０１０８】本発明を特定の装置に用いる実現例におい
ては、いくつかの設計上の勘案事項が存在し得る。分解
能を高めるためには、高分解能信号生成および測定スキ
ームを用い得る。または、接触点の数を増やし、接触点
の部分集合を用いることによって表面上の異なる領域に
おけるスタイラスの接触を解く、向上されたアルゴリズ
ムを用いてもよい。さらなる別法としては、表面におい
てより均一な抵抗が得られるような、導電性材料および
製造方法を選択してもよい。このことにより分解能が高
まり、測定された信号マップよりもむしろ計算された信
号マップが可能になる。用いられる材料が均一でない場
合において高分解能を達成する別の方法は、マイクロプ
ロセッサメモリに格納されたより包括的な信号マップを
測定することである。
【０１０９】図４、５、６、および７に示す実施態様
は、導体１１８によって検出システムの残りの部分につ
ながれたスタイラスを含む。この導体は、スタイラスを
導体でもってシステムにつなぐことを必要としないよう
な通信リンクで置き換えられててもよい。低出力ＲＦ送
信器をスタイラスに埋め込むか取り付けし、これと協働
するＲＦ受信器を信号測定ステージに取り付けてもよ
い。この場合ＲＦ送信器および受信器が、導体１１８が
提供する通信リンクを実現していることになる。
【０１１０】本システムはまた、スロープが滑らかに変
化したり（例えば球体またはサドル状形状など）、鋭い
エッジを有する（例えば立方体または角錐など）よう
な、他の２次元または３次元形状を含むように拡張され
得る。ただし、抵抗表面がこれらのスロープ変化や鋭い
エッジ周囲において連続的であることが条件となる。
【０１１１】図７に示す別の実施態様において、球体上
のスタイラス１１６の位置を検出し得る。この実施態様
において、他の各実施態様において説明したのと同じタ
イプの導電性材料から成形された球体４００には、４つ
のコンタクト４０１、４０２、４０３、および４０４が
取り付けられている。閉じた３次元形状（例えば球体）
の表面上の各点を個別に区別できるためには、これら接
触点のうち任意の３つからなる各可能な組み合わせがに
よって規定される各平面が球体の中心を通過しないよう
に、コンタクトを位置しなければならない。これらの仮
想平面がどれほど球体中心の近くにこれるか（すなわち
コンタクトの設置）は、信号測定装置の分解能および、
スタイラスが指す点を決定する所定のあるいは計算され
た信号等電位マップの精度によって、決定される。
【０１１２】従って位置の計算は、一対のコンタクトに
ついての説明と実質的に同様であるため、この説明およ
び請求項は本変形例をも含むものである。
【０１１３】図４の実施例における矩形シート１００の
２次元領域上のスタイラスの位置を解くためには、図２
に関して上述したように、ＡＢ測定値およびＡＣ測定値
の各々における等電位線が１点でのみしか交差できない
ので、３つの測定値ＳｉｇｎａｌFULL、Ｓｉｇｎａｌ
RAW-AB、およびＳｉｇｎａｌRAW-ACが必要であった。し
かし図７のような球体においては、位置を完全に解くた
めには４つの測定値が必要である。例えば、コンタクト
４０１が点Ａ、コンタクト４０２が点Ｂ、コンタクト４
０３が点Ｃ、コンタクト４０４が点Ｄならば、４つ全て
の点を同時に駆動してのＳｉｇｎａｌFULLの測定が１つ
の測定であり、そして４つのコンタクトの６つの可能な
対の組み合わせを３つ測定しなければならない。すなわ
ち、可能な測定値ＳｉｇｎａｌRAW-AB、Ｓｉｇｎａｌ
RAW-AC、ＳｉｇｎａｌRAW-AD、ＳｉｇｎａｌRAW-BC、Ｓ
ｉｇｎａｌRAW-BD、またはＳｉｇｎａｌRAW-CD、のうち
の３つである。上式(3)のように３つのＳｉｇｎａｌ
NORM値を計算し、これらの値を該当する信号マップ上に
プロットすることにより、球体上の全ての点を一意に解
くことができる。２つのＳｉｇｎａｌNORM値がプロット
されるとき、等電位線は球体の互いに反対側に位置する
２つの場所で交差する。３つ目のＳｉｇｎａｌNORM値
は、２つの交差点のうちいずれがスタイラスが指してい
る点であるかを決定するために用いられる。すなわち、
４つ目の点で測定された信号を、（最初のどちらかの２
つの点の位置を決定するために用いられた）他の２つの
点の一方からの信号とともに用いれば、この組み合わせ
から球体上の２つの可能な点が得られる。しかし、これ
ら２つの点の一方は以前に決定された２つの点の一方と
一致し、この一致する点こそが、問題となる球体上の実
際の点である。
【０１１４】図４を参照して簡単に上述したように、本
発明の１つの適用は、地球、月、惑星のうちの１つ、ま
たは星のうちの１つというインタラクティブ球体であり
得、またはインタラクティブゲーム用の人工の物体また
は惑星というインタラクティブ球体でさえもあり得る。
このような球体の２つの可能性のある装着形態を図１０
および図１１に示す。これらの図に示す実施形態の主要
な相違点は、図１０において導電性表面は球であり、図
１１において導電性表面は２つの半球からなっているこ
とである。
【０１１５】図１０は、図７に関して上記に開示したシ
ステムが地球となるように修正された状態を示す。従っ
て、図１０の下部の電子部品は、図７と同一の参照符号
で示され、且つ図７と同一の様式で動作する。図１０に
おいて、内部に４つの接触点６０４、６０５、６０６お
よび６０７を有する導電性球体６０３がある。接触点の
各々は、ケーブル６０８の４つの絶縁された導電体のう
ちの１つに、これらの導電体の一端において接続されて
いる。ケーブル６０８は、球体６０３の底部の小さい孔
を介して球体６０３から出ており、ケーブル６０８の他
端はスイッチ４２２および４３２の対応する部分と相互
接続している。
【０１１６】地球の地理的詳細を提供するために、ここ
では地球の北半球と南半球とを表すように示される２つ
のビニール製上皮６０１および６０２が球体６０３上に
設けられている。従って、ユーザがスタイラス１１６を
用いて地球上の位置を指し示すと、ここで用いる電子部
品は上述したものと同一であるため、電子部品が、図７
に関して上述したように、その選択された位置の座標を
決定する。従って、地球の表面上の固有の位置は、等電
位座標により規定され、等電位座標はマイクロプロセッ
サ１４２によって（例えば、ルックアップテーブルによ
り）、地球上の選択された位置に対応する地球座標（例
えば、経度および緯度）にマッピングされる。
【０１１７】世界について関心の的である特徴、例えば
国の位置および名前、首都、並びに人口などを含むデー
タベースが、望まれるいずれかの座標系に関して、ＲＡ
Ｍ１４４内に予め保存され得る。従って、ユーザがスタ
イラス１１６で地球上の点を選択すると、マイクロプロ
セッサ１４２は、その位置の座標を決定し、例えば、オ
ーディオ／ビデオカード１５０およびスピーカ１５４を
介してユーザに提示されるデータベースからその位置に
関する情報の引き出しを行う。
【０１１８】地球の別の装着形態を図１１に示す。図１
１において、互いに電気的に絶縁された導電性半球７０
１および７０２が地球に導電性表面を供給する。ここに
おいて、半球７０１および７０２は、連続した又はいく
つかの（例えば３つの）堅固な非導電性スペーサが半球
７０１および７０２の各々のエッジに取り付けられた状
態で、エッジを互いに近接させて接着され、間隔を開け
た関係および電気的絶縁を維持している。あるいは、非
導電性接着剤が、半球７０１および７０２のエッジ間に
おいて用いられ得る。その後、地理に関する情報を有す
るビニール製上皮６０１および６０２が、図１０に関し
て上述したように、２つの半球上に取り付けられる。
【０１１９】本実施形態において、各半球は、内部エッ
ジに取り付けられた３つの接触点を有する。半球７０１
は接触点７１０、７１１、および７１２を有し、半球７
０２は接触点７４０、７４Ｌおよび７４２を有する。こ
こで、各半球は極冠を通る小さい孔を有する状態で示さ
れ、３本ずつの絶縁された導電ケーブル７３０および７
５０がそれぞれ対応する半球の内部エッジ上の３つの点
を通過し且つ一端をこれらの点に接続させることを可能
にする。ケーブル７３０および７５０の各々の他端は、
信号発生器７２２内の別のスイッチ対に接続されてい
る。上半球７０１は、スイッチ７７０および７７１に接
続されたケーブル７３０を有し、下半球７０２は、スイ
ッチ７７２および７７３に接続されたケーブル７５０を
有する。
【０１２０】図１１を図４と比較することにより、図４
の実施形態は単一の表面のためのものであるが、図１１
は１対の表面のためのものであり、各実施形態の信号発
生器間の唯一の配線の違いは、図１１の実施形態におい
て第２の表面用の第２のスイッチ対が追加されているこ
とであるということが理解され得る。各例の信号発生器
の残りの部分は、増幅器１３４が両方のスイッチ対７７
０と７７１、および７７２と７７３に接続されているこ
と以外は同一である。これは、スタイラス１１６が１つ
しかなぐ一度に選択され得る地球上の点が１つのみであ
る（すなわち、選択された点は一度に一方の半球上にの
みあり得る）ために可能である。従って、各半球は、別
々の位置検出面として扱われる。
【０１２１】ユーザが半球７０１と７０２のいずれをス
タイラス１１６で指し示したかを決定するために、マイ
クロプロセッサ１４２は、一連の測定をするようにプロ
グラムされている。まず、上述した多くの実施形態同
様、スタイラス１１６が一方の半球の選択された点を指
し示している状態で、ＳｉｇｎａｌFULLおよびＳｉｇｎ
ａｌOFFSETが各半球に関して別々に測定される。その
後、各半球に関するこれらの測定値間の差（すなわち、
ＳｉｇｎａｌFULL-701−ＳｉｇｎａｌOFFSET-701、およ
びＳｉｇｎａｌFULL-702−ＳｉｇｎａｌOFFSET-702）が
決定されてＲＡＭ１４４内に保存される。要するに、Ｓ
ｉｇｎａｌFULLは、６０KHzＡＣ信号を表面上の全ての
接触点に適用することにより測定され、Ｓｉｇｎａｌ
OFFSETは、その表面用の信号発生器７２２内の全ての対
応する接触が開放である状態で測定される。これらの差
分値が一旦決定されると、これらの差分値の各々が、予
め選択された閾値と比較される。閾値は、経験によって
決定され、典型的にはスタイラスの先端が表面から０．
１０インチ以内のときに測定される値である。その後、
これらの差分値のなかで閾値を超えるものがあればどれ
であるかということが記録される。これは、対応する半
球が、スタイラス１１６が指し示している半球として特
定された状態で、最大のマージンで記録される。
【０１２２】上記関心のある半球が一旦決定されると、
マイクロプロセッサ１４２は、図４に関して上記に簡単
に述べた一連の計算により選択された位置を計算する。
従って、４つの測定値、ＳｉｇｎａｌFULL、Ｓｉｇｎａ
ｌOFFSET、ＳｉｇｎａｌRAW- AB、およびＳｉｇｎａｌ
RAW-ACが特定された半球上で生成され、ＳｉｇｎａｌNO
RM-ABおよびＳｉｇｎａｌNORM-ACの値は、式４に示すよ
うに計算される。これらの値はその半球上の固有の位置
を規定する。
【０１２３】その後、ＳｉｇｎａｌNORM-ABおよびＳｉ
ｇｎａｌNORM-ACの値によって供給された固有の位置
は、いずれの半球がユーザにとって関心の的であるかを
決定する閾値テストの結果と共に、地球上の位置にマッ
ピングされ得る。これは、選択された半球に関するルッ
クアップテーブルにより行われ、必要であれば、標準地
球座標系における、選択された点の経度および緯度を得
る。その後、図１０に関して上述したように、マイクロ
プロセッサ１４２はユーザに、オーディオビデオカード
１５０およびスピーカ１５４または他の任意の所望の媒
体（例えば、プリンタ、モニタなど）、または媒体の組
み合わせを介してメモリから、選択された点に関する情
報を提示し得る。
【０１２４】上記発明の背景で説明したように、ユーザ
がアンテナとして機能し、環境ノイズおよび信号を拾う
のに加えて、ユーザが本発明のシステムに関して接地さ
れない場合に潜在的に起こり得る、別の第２の効果があ
る。本発明において、ユーザがＡＣモードでプローブに
よりポイントする表面は異なる表面座標において異なる
信号を発するので、ユーザの手の一部分、おそらくは指
または親指が、所望の位置にプローブを保持しつつ、関
心のある位置から離れた別の位置からの異なる信号を拾
い得る。このような状況において、プローブのアンテナ
は、表面からユーザへと容量結合され、次にプローブの
アンテナに結合された第２の信号によって、潜在的に影
響され得る。第２の信号は、信号測定段階１２０によっ
て受け取られている修正された信号になり得た。表面か
らの修正された信号は、ユーザがプローブチップでポイ
ントした実際の位置とは異なる位置を確認するように処
理され得た。
【０１２５】例えば、ユーザが地球儀表面上のシカゴを
プローブチップでポイントしたと仮定する。プローブチ
ップをその位置に保持しつつ、ユーザの親指は東に延び
且つデトロイトに近付き得、一方で、ユーザの複数の指
はシカゴの西側、ミシシッピー川沿いのイリノイ州クイ
ンシーに向かって延び得る。プローブでポイントした位
置からの信号の混合信号が、ユーザの各指および親指か
らの信号と共に、信号測定段階１２０によって、デトロ
イトとクインシーとの間の位置として、あるいは、ユー
ザによって選定された位置とは近くない表面上の何処
か、ことによると東京としてさえ選定された位置を認識
するに至る平均化された信号として、受け取られるとい
うことが起こり得た。更に悪いことに、プローブのアン
テナによって受け取られた信号は、アンテナに結合され
た全ての様々な信号の結果、非常に複雑になり得るの
で、信号測定段階は、組み合わされた信号に対応する任
意の位置を認識することができない。ユーザをシステム
について接地させる機構を含むことにより、以下に説明
するように、この潜在的な問題は、発明の背景で説明し
た環境ノイズによって生成される任意の影響と同様に、
ユーザからプローブのアンテナに結合された他の信号を
実質的に除去することによって解決される。
【０１２６】発信されたＡＣ信号がアンテナ（図４、図
５、図６、図７、図１０および図１１参照）として機能
するスタイラス１１６によって検知される各実施形態に
おいて、スタイラス１１６はシールドケーブル１１８と
共に復調器１４４に結合される。シールドケーブル１１
８は、スタイラス１１６に加えてケーブル１１８の長さ
がアンテナとして機能すること、および関心のある対応
表面（つまり、１００、４００、６０３、７０１または
７０２）から一定距離だけ離れ、且つそこから発信され
たものでない信号を拾うことを防ぐ試みに用いられてき
た。
【０１２７】スタイラスでポイントした点を配置するた
めのシステムにおいてポインタとして使用されるケーブ
ルの先端部にアンテナを必要とする従来技術の状況にお
いて、そのスタイラスの内部回路構成は非常に複雑であ
る。図１２は、SEGA PICOインタラクティブブックトー
イと共に使用されるスタイラス９１６の模式図である。
ある産業、つまりこの実施例における玩具産業において
さえも、そこでは、意図された市場に出荷する製品を低
価格に維持することが必須であるにも関わらず、比較的
複雑な回路が使用されてきたことに留意されたい。唯一
の取り柄は、第３世界の国家において低賃金労働によっ
て製品が組み立てられた賢明な支出である。
【０１２８】スタイラス９１６のこの設計と本発明のス
タイラス１１６との間には複数の違いがある。第１に、
そして何よりも、本発明の受動回路設計とは反対の、２
つのトランジスタ、および特別設計のＩＣ、複数のコン
デンサ、インダクタおよび抵抗器、ならびに大規模なア
センブリを必要とするパワースイッチおよび電位差計を
含む従来技術のアクティブ回路設計が挙げられる。アク
ティブ回路設計に加えて、アンテナから受け取られた信
号による妨害から偽の応答を遮断するために、スタイラ
ス９１６のアンテナ端部にメタルシールド９２０を形成
する必要がある。スタイラスが電位差計９２２の手段に
よって共に使用されるシステムにまた、スタイラス９１
６を較正する労働集約工程(labor intensive step)があ
る。別の更なるコストのかかる項目は、複数の機能、つ
まり受け取られた信号を製品のメインシャーシに戻すラ
インであるシールドとしての機能およびスタイラス９２
０に電力を供給する２つのワイヤとしての機能を実行す
るために必要な４つのワイヤケーブル９１８を使用する
ことである。最後に、SEGA製品の場合によくあるよう
に、意図されたユーザが子供である場合に、問題を提示
し得るパワースタイラス９１６に電力を供給するために
使用中に押し下げる必要のあるパワースイッチ９１２が
挙げられる。
【０１２９】図１３ａは、スタイラス１１６およびシー
ルドされたケーブル１１８の組み合わせの１つの実施形
態を示す。この図面において、スタイラス１１６の遠位
端は点線で輪郭が示され、スタイラス１１６の遠位端の
内部のケーブル１１８の端部を示す。本実施形態におい
て、シールドされたケーブル１１８はシールドが無傷の
ままでスタイラス１１６の遠位端の最後近くまで続き、
中心導体８０２’の選択された長さがアンテナとして機
能するように露出される。シールドされたケーブル１１
８の近位の端部において、シールド８００は信号測定ス
テージ１２０に接地され、中心導体８０２は復調器１４
４と接続されており、それに入力信号を提供する。よっ
て、本実施形熊において、シールドされたケーブル１１
８の長さに沿って突き当たる信号は、中心導体８０２’
のアンテナ長によって検出された信号に寄与されない。
しかし、スタイラス１１６を保持する人が不注意でアン
テナのように作用し、幾分かの受信信号を中心導体８０
２’に発する場合、その信号は目的の表面（例えば、表
面１００）からの所望の信号に加える。次いで、復調器
１４４の要求されない信号周波数およびノイズを拒否す
る能力を含む多数の要因に依存して、本発明の位置選定
システムによって最終的に決定されるスタイラス１１６
の位置は、望まれるほど正確であり得ない。
【０１３０】本発明のこの局面の第１の実施形態を図１
３ｂに示す。この図面において、シールドされたケーブ
ル１１８の近位端における接続は、図１３ａと同じであ
る。スタイラス１１６の遠位端において、ユーザがスタ
イラス１１６を保持している時のユーザの接地に影響を
与えるようにいくつかの変更が形成され、ユーザが中心
導体／アンテナ８０２’近くでスタイラス１１６を保持
する事によって偶然に形成される平行アンテナ効果を排
除する。ここで、中心導体８０２’が露出されているこ
とに加えて、シールドされたケーブル１１８の遠位端が
露出されたシールド８００’の一部を有することが見ら
れ得る。更に、スタイラス１１６はそれを貫通するホー
ル８０４を規定するので、ユーザがスタイラス１１６を
保持するときにユーザの一本の指の一部がホール８０４
を介して延び、シールド８００’と接触されなくてはな
らず、よってユーザを接地する。
【０１３１】本発明のこの局面の第２の実施形態は図１
３ｃおよび図１３ｄに示す。図１３ｄは、この実施形態
の内部構成を示すためにスタイラス１１６の遠位端の切
り取り図を示す。これらの図面において、シールドされ
たケーブル１１８の近位端部における接続は図１３ａお
よび図１３ｂと同じである。図１３ｃにおいて、スタイ
ラス１１６は３つの部分：先端部８１０；主要本体８１
２；ユーザが握る点におけるスタイラス１１６の周辺に
伸びる導体グリップ８０６を含む。図１３ｄにおいて、
先端部８１０の一部および導体グリップ８０６は切り取
られ、スタイラス１１６の遠端部の内部構造を示す。内
部の配列は、露出されたシールド８００’の長さと導体
グリップ８０６の下のシールド８００’の背部のピグテ
ール８０８の外観以外は図１３ｂと同様である。よっ
て、ユーザが導体グリップ８０６によってスタイラス１
１６を握る時、ユーザは、ピグテール８０８および導体
グリップ８０６およびシールド８００’の電気的相互作
用によって接地される。バネが積まれた金属リングから
導体ポリマーまで変化する、さまざまな構造および材料
が導体グリップとして用いられ得る。このような導体ポ
リマーの１つは、炭素含浸Kraton D-2104ポリマー(例え
ば、RTP 2799X66439)であり得る。
【０１３２】さらに、本発明に用いられ得る、任意の表
面上の点に関するデータを保存する方法は、表面に関す
る１つの座標系を別の座標系に変換するルックアップテ
ーブルの場合同様、当業者に周知である。
【０１３３】上記に提示した本発明の様々な実施形態に
関する記載は、本発明のための様々な形状および適用を
述べたものであり、上述した形状および適用が本発明を
限定するリストではないことは明らかである。このよう
なリストは多くの他の形状および適用に容易に拡大され
得、上述の技術は多くの他の形状および適用の各々に容
易に用いられ得る。このように、本発明は、上述した範
囲のみに限定されるものではなく、添付の請求の範囲に
よってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるスタイラスが適用されるシステム
の一般的な実施態様の模式ブロック図である。
【図２】２次元表面形状についての、本発明によるスタ
イラスが適用される位置選定(position location)アル
ゴリズムの図である。
【図３】図２に類似するが、３次元形状に関する図であ
る。
【図４】本発明によるスタイラスが適用される第１実施
態様のブロック図である。
【図５】本発明によるスタイラスが適用される第２実施
態様のブロック図である。
【図６】本発明によるスタイラスが適用される第３実施
態様のブロック図である。
【図７】本発明によるスタイラスが適用される第４実施
態様のブロック図である。
【図８】３つのコンタクトのみを有する位置を決定する
ことが可能な接触点の配置に対する限定を示す。
【図９】表面上の位置を決定するために用いることがで
きない３つの接触点を示す。
【図１０】球状の導電表面を有する相互作用地球儀に適
用される実施態様の模式図である。
【図１１】２つの半球導電表面を有する相互作用地球儀
に適用される実施熊様の模式図である。
【図１２】アンテナスタイラスを保持するユーザからの
潜在的な干渉信号が、いかに抑制されるかを示した、従
来技術の実施態様である。
【図１３ａ】本発明のスタイラスおよびシールドされた
ケーブルの、簡略図である。
【図１３ｂ】ユーザを本発明のシステムに接地する、本
発明によるスタイラスおよびシールドされたケーブルの
別の実施態様である。
【図１３ｃ】ユーザを本発明のシステムに接地する、本
発明によるスタイラスおよびシールドされたケーブルの
更に別の実施態様である。
【図１３ｄ】スタイラスのケーブルシールドおよび伝導
性グリップの内部位置を示すための、図１３ｃのスタイ
ラスの設計の部分破断図である。
【符号の説明】 10 伝導性表面 12,14,16 伝導性コンタクト 18 導体 20 スタイラス 22 先端部 24,26,28 導体 30 プロセッサ 100 シート 102,104,106 コンタクト 108,110,112 コンタクト導電性リード 116 スタイラス 118 ケーブル 120 信号測定ステージ 122 信号生成器 124 交流信号生成器 126,128,130 コンタクト 132,136 スイッチ 134 増幅器 138,140 ケーブル 142 マイクロプロセッサ 144 復調器 146 アナログーデジタル変換器（ＡＤＣ） 145 ＲＡＭ 147 ＲＯＭ 800,800' シールド 802,802' 中心導体 804 ホール 810 先端部 812 主要本体 806 導体グリップ 808 ピグテール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−217688（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−137846（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−38486（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−106353（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−137607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−46516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭49−74847（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−152311（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−58777（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06F 3/03 301 G01B 7/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 対象物体上でスタイラスを操作し選択さ
    れた位置に関連する情報をユーザに提供する地球儀やイ
    ンターラクティブブックトイ等のシステムであって、 二次元あるいは三次元面を有する物体と、前記物体面の
    各位置に関連する情報が予め格納されたメモリ手段と、
    スピーカと、スタイラスとを備え、 ユーザが前記スタイラスを保持してその先端部を前記面
    に近接して位置を選択したとき、当該選択された位置に
    対応する情報を含む信号が前記スタイラスによって検出
    され、検出された情報信号に基づき選択された位置の座
    標が決定され、決定された座標情報をアドレスとして前
    記メモリ手段に格納された当該位置に関連する情報を読
    み出し、当該情報を音声形態で前記スピーカを介してユ
    ーザに提示するように構成されており、 前記スタイラスは、ユーザが前記スタイラスを保持して
    その先端を前記対象物体の面に近づけて場所を選択した
    とき選択された場所に関する座標情報を含む信号を検出
    するように構成されたアンテナ部と、前記アンテナ部で
    検出された信号を伝送する導体と、前記導体をシールド
    するシールド部とを備え、前記アンテナ部、前記導体及
    び前記シールド部はスタイラスの本体内に配置されてお
    り、前記検出された信号は前記システムのプロセッサに
    伝送され、前記シールド部は前記システムの信号中立点
    に接続されるように構成されており、 前記スタイラスはさらに、子供を含むユーザが保持する
    とき掴むような位置に配置され前記システムの信号中立
    点に接続された導電性グリップ部を備えており、 前記導電性グリップ部は、該グリップ部を保持するユー
    ザを前記システムの信号中立点に接続し得る導電性材料
    で構成されており、これにより、ユーザを介して結合さ
    れる干渉信号によるシステムの動作への影響を最小化す
    るように構成されてなることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 対象物体上でスタイラスを操作し選択さ
    れた位置に関連する情報をユーザに提供する地球儀やイ
    ンターラクティブブックトイ等のシステムであって、 前記スタイラスは、その内部に配置された第１及び第２
    の導体を備え、前記第１の導体は前記システムのプロセ
    サーに電気的に接続され、前記第２の導体は前記システ
    ムの信号中立点に接続され、前記第１の導体はその先端
    部を除き前記第２の導体によってシールドされており、 前記システムは、ユーザが前記スタイラスを保持してそ
    の先端を前記対象物体上に近づけて場所を選択したとき
    選択された場所に関する座標情報を含む信号を前記第１
    の導体の先端部で検出し、検出した信号を前記第１の導
    体を介して前記プロセサーに伝達し、検出した信号に基
    づき選択された位置の座標を決定し、決定した座標情報
    をアドレスとしてメモリ手段に予め格納された当該選択
    された位置に関連する情報を読み出し、当該情報を音声
    形態でスピーカを介してユーザに提示するように構成さ
    れており、 前記スタイラスはさらにその外部に導電性グリップ部を
    備えており、導電性グリップ部を保持するユーザを前記
    システムの信号中立点に接続するように構成されてなる
    ことを特徴とするシステム。
  3. 【請求項３】 対象物体上でスタイラスを操作し選択さ
    れた位置に関連する情報をユーザに提供する地球儀やイ
    ンターラクティブブックトイ等のシステムであって、 前記システムは、ユーザが前記スタイラスを保持して前
    記対象物体に近接させて位置を選択したとき、当該選択
    された位置に関する情報を含む信号を前記スタイラスに
    よって検出し、検出した信号に基づき選択された位置の
    座標を決定し、決定した座標情報をアドレスとしてメモ
    リ手段に予め格納された選択位置に関連する情報を読み
    出し、当該情報を音声形態でスピーカを介してユーザに
    提示するように構成されており、 前記スタイラスは、前記選択された位置に関する情報を
    含む信号を検出するためのアンテナ部と、前記アンテナ
    部で検出された信号を伝送する導体と、前記導体をシー
    ルドするシールド部とを備え、前記アンテナ部、前記導
    体及び前記シールド部はスタイラスの本体内に配置され
    ており、前記検出された信号は前記システムに伝送さ
    れ、前記シールド部は前記システムの信号中立点に接続
    されており、 前記スタイラスはさらに、子供を含むユーザが保持する
    とき掴むような位置に配置され前記システムの信号中立
    点に接続された導電性グリップ部を備えており、 前記導電性グリップ部は、該グリップ部を保持するユー
    ザを前記システムの信号中立点に接続し得る導電性材料
    で構成されてなることを特徴とするシステム。
  4. 【請求項４】 対象物体上でスタイラスを操作し選択さ
    れた位置に関連する情報をユーザに提供する地球儀やイ
    ンターラクティブブックトイ等のシステムであって、 前記システムは、ユーザが前記スタイラスを前記対象物
    体上に近づけて場所を選択したとき選択された場所に関
    する座標情報を含む信号を検出し、検出した信号を前記
    システムのプロセサーに伝達し、検出した信号に基づき
    選択された位置の座標を決定し、決定した座標情報をア
    ドレスとしてメモリ手段に予め格納された当該選択され
    た位置に関連する情報を読み出し、当該情報を音声形態
    でスピーカを介してユーザに提示するように構成されて
    おり、 前記スタイラスは、前記選択された位置に関する情報を
    含む信号を検出するためのアンテナ部と、前記アンテナ
    部で検出された信号を伝送する導体と、前記導体をシー
    ルドするシールド部とを備え、前記アンテナ部、前記導
    体及び前記シールド部はスタイラスの本体内に配置され
    ており、前記検出された信号は前記システムのプロセッ
    サに伝送され、前記シールド部は前記システムの信号中
    立点に接続されており、 前記スタイラスは、さらに該スタイラスを保持するユー
    ザを前記システムの信号中立点に接続するように構成さ
    れた導電性ポリマーよりなるグリップ部を備えてなるこ
    とを特徴とするシステム。
  5. 【請求項５】 前記導電グリップ部は前記スタイラスを
    取り囲むように配置されてなる請求項１乃至４のいずれ
    かに記載のシステム。
  6. 【請求項６】 前記導電性グリップは前記アンテナ部あ
    るいは前記第１の導電体の先端部に近い位置に配置され
    てなる請求項１乃至５のいずれかに記載のシステム。
  7. 【請求項７】 前記導電性グリップ部は、導電性ポリマ
    ーで構成されてなる請求項１乃至３、５および６のいず
    れかに記載のシステム。
  8. 【請求項８】 前記導電性グリップ部は、前記スタイラ
    スを保持する場合にユーザの快適さを最大にするような
    位置であって、スタイラスを囲むようにスタイラスの前
    記先端部近傍の位置に配置されてなる請求項１乃至７の
    いずれかに記載のシステム。
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