JPH0580918A - コンピユータ・インターフエース用スタイラスおよびそのペン・ダウン検知スイツチ - Google Patents
コンピユータ・インターフエース用スタイラスおよびそのペン・ダウン検知スイツチInfo
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- JPH0580918A JPH0580918A JP21422191A JP21422191A JPH0580918A JP H0580918 A JPH0580918 A JP H0580918A JP 21422191 A JP21422191 A JP 21422191A JP 21422191 A JP21422191 A JP 21422191A JP H0580918 A JPH0580918 A JP H0580918A
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- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
- G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
- G06F3/0354—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 電子スタイラス用のペン・ダウン検知スイッ
チ１０は、３つの幾何学原理に基づく。第１の原理は、
一定の凸面１２が、曲率半径がより大きい（または相対
的に負の）他の表面２２と単一の点で接触するというこ
とである。第２の原理は、剛性本体１２は、サイズまた
は形状を変化させずに、移動させることができるという
ことである。第３の原理は、曲率半径が一定の表面の場
合、その表面と接触可能な３つのポイント１４、１６、
１８、２２が、その位置を一意的に決定するということ
である。 【効果】 物理的環境内において、通常、スタイラス・
スイッチに働く力を受けると、機械作用による金属の分
力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次近似をしの
ぐようにすることができる。
チ１０は、３つの幾何学原理に基づく。第１の原理は、
一定の凸面１２が、曲率半径がより大きい（または相対
的に負の）他の表面２２と単一の点で接触するというこ
とである。第２の原理は、剛性本体１２は、サイズまた
は形状を変化させずに、移動させることができるという
ことである。第３の原理は、曲率半径が一定の表面の場
合、その表面と接触可能な３つのポイント１４、１６、
１８、２２が、その位置を一意的に決定するということ
である。 【効果】 物理的環境内において、通常、スタイラス・
スイッチに働く力を受けると、機械作用による金属の分
力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次近似をしの
ぐようにすることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、計算機システ
ム用の手書きインターフェイス装置の分野に関するもの
であり、とりわけ、電子スタイラスにおけるペン・ダウ
ン検知用スイッチに関するものである。
ム用の手書きインターフェイス装置の分野に関するもの
であり、とりわけ、電子スタイラスにおけるペン・ダウ
ン検知用スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】筆記を行なうための何らかの形態による
スタイラスの使用は、筆記それ自体と同じほど古くから
のものである。スタイラスの形態は、筆記媒体によって
決定されてきた。現代においては、筆記具の使用に関連
した高度に洗練された技術の利用は、計算機システムと
の通信時に用いられる適正な一組の技術として企図され
ている。これは、文書の記憶媒体としての計算機システ
ムの利用、人間の認識に類似した働きをするさらに強力
な計算機システムの利用、及び、スタイラスが表現ツー
ルとして提供する大幅なフレキシビリティの利用の増大
による当然の成行きである。また留意すべきは、漢字を
用いるようなある種の筆記言語の場合、スタイラスは、
キーボードに比べて、文字入力のツールとしてはるかに
許容度が高いという点である。
スタイラスの使用は、筆記それ自体と同じほど古くから
のものである。スタイラスの形態は、筆記媒体によって
決定されてきた。現代においては、筆記具の使用に関連
した高度に洗練された技術の利用は、計算機システムと
の通信時に用いられる適正な一組の技術として企図され
ている。これは、文書の記憶媒体としての計算機システ
ムの利用、人間の認識に類似した働きをするさらに強力
な計算機システムの利用、及び、スタイラスが表現ツー
ルとして提供する大幅なフレキシビリティの利用の増大
による当然の成行きである。また留意すべきは、漢字を
用いるようなある種の筆記言語の場合、スタイラスは、
キーボードに比べて、文字入力のツールとしてはるかに
許容度が高いという点である。
【０００３】計算機システムに対するスタイラス入力の
使用は、計算機援用設計（ＣＡＤ）、編集、スプレッド
・シート操作、署名認識システム、及び、ユーザ・イン
ターフェイス操作といったさまざまな用途に利用されて
きた。各用途において、スタイラスは、“デジタイザ”
の一部を形成しており、その機能は、スタイラス位置を
コンピュータに読み取れる数に変換することである。デ
ジタイザが見い出した最大の市場は、ＣＡＤ用途の分野
であり、従って、ＣＡＤ用途の要件によって、おおむ
ね、デジタイザ・スタイラスに用いられるスイッチの種
類が決定された。
使用は、計算機援用設計（ＣＡＤ）、編集、スプレッド
・シート操作、署名認識システム、及び、ユーザ・イン
ターフェイス操作といったさまざまな用途に利用されて
きた。各用途において、スタイラスは、“デジタイザ”
の一部を形成しており、その機能は、スタイラス位置を
コンピュータに読み取れる数に変換することである。デ
ジタイザが見い出した最大の市場は、ＣＡＤ用途の分野
であり、従って、ＣＡＤ用途の要件によって、おおむ
ね、デジタイザ・スタイラスに用いられるスイッチの種
類が決定された。
【０００４】多くのＣＡＤ用途において、スタイラス
は、後続の処理に備えてその位置がコンピュータによっ
て記録される一連の静的ポイントを表示するため、２次
元デジタル化タブレットに関連して用いられる。ＣＡＤ
用途のために作られたスタイラスは、その構造に組み込
まれて、ユーザが、計算機システムに対し、スタイラス
がユーザの記録したいと願っている正確な位置に向いて
いることに満足している旨の表示を行なえるようにする
スイッチを備えている。こうした用途に最適のスイッチ
によって、ユーザは、デジタイザ表面に接触することが
可能になり、さらに、スイッチを作動させずに、スタイ
ラスにかなりの圧力を加えることさえ可能になる。こう
したスイッチの特徴である非常な緩慢さは、手書き捕捉
の分野でハンディキャップになる。
は、後続の処理に備えてその位置がコンピュータによっ
て記録される一連の静的ポイントを表示するため、２次
元デジタル化タブレットに関連して用いられる。ＣＡＤ
用途のために作られたスタイラスは、その構造に組み込
まれて、ユーザが、計算機システムに対し、スタイラス
がユーザの記録したいと願っている正確な位置に向いて
いることに満足している旨の表示を行なえるようにする
スイッチを備えている。こうした用途に最適のスイッチ
によって、ユーザは、デジタイザ表面に接触することが
可能になり、さらに、スイッチを作動させずに、スタイ
ラスにかなりの圧力を加えることさえ可能になる。こう
したスイッチの特徴である非常な緩慢さは、手書き捕捉
の分野でハンディキャップになる。
【０００５】ＣＡＤ志向のスタイラスが、手書きデータ
の捕捉に用いられる場合、データ・ストリーム内にスキ
ップまたは他のエラーを見つけることはまれである。こ
れは、こうしたスタイラスが筆記に用いられる場合に必
要となる、不慣れな力及びポイント移動の結果である。
署名検査の分野では、より精密に筆記ペンをシミュレー
トして、さらに手書きを自然なものにし、コンピュータ
に対するデータ入力がより正確なものになるようにする
スタイラスの開発に、かなりの注意が払われてきた。
の捕捉に用いられる場合、データ・ストリーム内にスキ
ップまたは他のエラーを見つけることはまれである。こ
れは、こうしたスタイラスが筆記に用いられる場合に必
要となる、不慣れな力及びポイント移動の結果である。
署名検査の分野では、より精密に筆記ペンをシミュレー
トして、さらに手書きを自然なものにし、コンピュータ
に対するデータ入力がより正確なものになるようにする
スタイラスの開発に、かなりの注意が払われてきた。
【０００６】Herbst他に対する米国特許第3,983,535
号、及び、Herbst他に対する米国特許第4,128,829号に
例示されているような自動署名検査における最近の発展
によって、コンピュータ・ベースの署名分析による個人
識別の概念が実用的になる。米国特許第3,983,535号に
開示の発明は、署名者が働かせる筋力に比例したスタイ
ラスの加速は、習慣的な署名における特定のストローク
を形成する際、所定の一貫した持続的時間を有するとい
う発見に基づいている。プロセスの性質によって、時間
軸にさまざまなひずみが生じる、例えば、名前のセクシ
ョン、スキップされたストローク、装飾的なルーブリッ
ク等の間がとぎれる。このため、その信号は、相関関係
の弱い可変領域によって分離された、未知の持続時間
の、相関関係の強い領域を特徴とする。従って、米国特
許第3,983,535号の発明は、当初、スタイラスの接触に
基づくこれらの領域を記録し、次に、該領域を個々にシ
フトして、シフトにペナルティを課すための重み付けが
施される相関関数の最大値を見つけ出す領域相関法を扱
うものである。従って、結果を組み合わせることによっ
て、総合的な検査、判定が行なわれた。
号、及び、Herbst他に対する米国特許第4,128,829号に
例示されているような自動署名検査における最近の発展
によって、コンピュータ・ベースの署名分析による個人
識別の概念が実用的になる。米国特許第3,983,535号に
開示の発明は、署名者が働かせる筋力に比例したスタイ
ラスの加速は、習慣的な署名における特定のストローク
を形成する際、所定の一貫した持続的時間を有するとい
う発見に基づいている。プロセスの性質によって、時間
軸にさまざまなひずみが生じる、例えば、名前のセクシ
ョン、スキップされたストローク、装飾的なルーブリッ
ク等の間がとぎれる。このため、その信号は、相関関係
の弱い可変領域によって分離された、未知の持続時間
の、相関関係の強い領域を特徴とする。従って、米国特
許第3,983,535号の発明は、当初、スタイラスの接触に
基づくこれらの領域を記録し、次に、該領域を個々にシ
フトして、シフトにペナルティを課すための重み付けが
施される相関関数の最大値を見つけ出す領域相関法を扱
うものである。従って、結果を組み合わせることによっ
て、総合的な検査、判定が行なわれた。
【０００７】米国特許第3,983,535号に開示の署名判定
法は、署名のダイナミックの単一加速パラメータに基づ
くものであったが、米国特許第4,128,829号に開示のよ
うに、署名の書込み時に生じる圧力パターンと共に、直
交するように配置された（例えば、ｘ軸及びｙ軸）２つ
の加速成分を利用し、相関操作におけるこれらの個々の
パラメータのうち３つのパラメータ全てを利用すること
によって、検査操作においてさらに正確な識別さえ可能
になる。本発明は、保留の米国特許第4,128,829号にお
いて、サンプルをセグメント分割し、一連の順次シフト
を利用して、可能性のある最大の相関を求め、相関に重
み付けを施し、最後に、個々の相関の統計を全セグメン
トについて組み合わせる概念が開示されている。Herbst
他による検査システムに利用可能なペンの一例が、Herb
st他に対する米国特許第4,142,175号に開示されてい
る。このペンは、ｘ軸及びｙ軸における加速に比例した
電気信号、及び、ｚ軸に沿ってペン・ポイントの圧力に
比例した電気信号を発生する。
法は、署名のダイナミックの単一加速パラメータに基づ
くものであったが、米国特許第4,128,829号に開示のよ
うに、署名の書込み時に生じる圧力パターンと共に、直
交するように配置された（例えば、ｘ軸及びｙ軸）２つ
の加速成分を利用し、相関操作におけるこれらの個々の
パラメータのうち３つのパラメータ全てを利用すること
によって、検査操作においてさらに正確な識別さえ可能
になる。本発明は、保留の米国特許第4,128,829号にお
いて、サンプルをセグメント分割し、一連の順次シフト
を利用して、可能性のある最大の相関を求め、相関に重
み付けを施し、最後に、個々の相関の統計を全セグメン
トについて組み合わせる概念が開示されている。Herbst
他による検査システムに利用可能なペンの一例が、Herb
st他に対する米国特許第4,142,175号に開示されてい
る。このペンは、ｘ軸及びｙ軸における加速に比例した
電気信号、及び、ｚ軸に沿ってペン・ポイントの圧力に
比例した電気信号を発生する。
【０００８】明らかに、上述のスタイラスには、署名検
査システムの操作に対して特殊化された装置が含まれて
いる。加速度計によって、位置の相対変化（デジタイザ
の場合のように絶対変化ではない）を導き出すことが可
能なデータ・ストリームが得られる。圧力計は、いくつ
かの圧力レベルの検出を可能ならしめる、いくつかの状
態を想定することができなければならないので、その動
程を任意に少なくすることはできない。従って、それ
は、筆記具の完全なシミュレーションにはほど遠い。
査システムの操作に対して特殊化された装置が含まれて
いる。加速度計によって、位置の相対変化（デジタイザ
の場合のように絶対変化ではない）を導き出すことが可
能なデータ・ストリームが得られる。圧力計は、いくつ
かの圧力レベルの検出を可能ならしめる、いくつかの状
態を想定することができなければならないので、その動
程を任意に少なくすることはできない。従って、それ
は、筆記具の完全なシミュレーションにはほど遠い。
【０００９】コンピュータに対する手書き入力のために
用いられる電子スタイラスによって生じるデータ・スト
リームは、ユーザの手の疲れ、あるいは、スタイラスの
人間工学的に生じる他の影響によって歪曲されてはなら
ない。ペン及びペンシルといった筆記具には、ユーザが
慣らされる機械的特性が備わっているが、これらの特性
は、電子スタイラスにおいて簡単に複製されるものでは
ない。筆記動作には、スタイラスの特性が実質的に変化
することによって崩壊する可能性のある、ガイドされる
動作と反射的な動作の複雑な集合が含まれている。筆記
具の重さ、太さ、ドラグ、形状、及び、他の総体的な機
械特性も、筆記動作によって生じる疲れに影響する可能
性がある。疲れは、さらに、ユーザの筆記にそれ自体の
形態によるゆがみをもたらす可能性がある。
用いられる電子スタイラスによって生じるデータ・スト
リームは、ユーザの手の疲れ、あるいは、スタイラスの
人間工学的に生じる他の影響によって歪曲されてはなら
ない。ペン及びペンシルといった筆記具には、ユーザが
慣らされる機械的特性が備わっているが、これらの特性
は、電子スタイラスにおいて簡単に複製されるものでは
ない。筆記動作には、スタイラスの特性が実質的に変化
することによって崩壊する可能性のある、ガイドされる
動作と反射的な動作の複雑な集合が含まれている。筆記
具の重さ、太さ、ドラグ、形状、及び、他の総体的な機
械特性も、筆記動作によって生じる疲れに影響する可能
性がある。疲れは、さらに、ユーザの筆記にそれ自体の
形態によるゆがみをもたらす可能性がある。
【００１０】計算機システムを利用して、手書き文字及
び動作の解釈に用いられる場合、認識アルゴリズムを単
純に保ち、認識エラーを最小限に保つには、手書きの規
則正しさが必要になる。電子スタイラス・ユーザの一部
における疲れ及び精神的努力を増大させる必要は、この
規則正しさを弱めることになるので、最小限にとどめる
ことが望ましい。可能な限り、この目標は、従来の機械
的スタイラスの機械的特性を模倣した電子ステイラスを
設計することによって達成することができる。
び動作の解釈に用いられる場合、認識アルゴリズムを単
純に保ち、認識エラーを最小限に保つには、手書きの規
則正しさが必要になる。電子スタイラス・ユーザの一部
における疲れ及び精神的努力を増大させる必要は、この
規則正しさを弱めることになるので、最小限にとどめる
ことが望ましい。可能な限り、この目標は、従来の機械
的スタイラスの機械的特性を模倣した電子ステイラスを
設計することによって達成することができる。
【００１１】ユーザに同様の感じを与えるには、電子ス
タイラスは、ペン及びペンシルの“起動状態”の３つの
特性を模倣しなければならない。ペンまたはペンシル
は、記入の開始のために、紙に強く押しつける必要はな
い。こうしたスタイラスのポイントは、書き始めに、軸
方向に変位することはない。こうしたスタイラスのポイ
ントは、軸方向の変位に抵抗する。従来の電気機械式ス
イッチには、電子スタイラスの接触を検知し、同時に、
従来のスタイラス特性をまねるという問題に対する適合
性はほとんどない。一般的な電子スタイラスに用いられ
るスイッチは、起動力要件を有するだけでなく、重要な
“前動程”、“示差動程”、及び、“後動程”要件を有
するという点を特徴として挙げることができる。前動程
は、“閉じる”瞬間に達する前に、スイッチのアクチュ
エータを押さなければならない距離である。示差動程
は、スイッチの閉じるのが不確かな距離である。後動程
は、スイッチが閉じた後、スイッチ・アクチュエータが
移動する距離である。前動程、示差動程、及び、後動程
は、ペン及びペンシルといった従来の筆記具をまねるゼ
ロ軸方向動程の要件に整合しない。筆記に用いられるよ
り高い起動圧力は、小さい力の要件に整合しない。
タイラスは、ペン及びペンシルの“起動状態”の３つの
特性を模倣しなければならない。ペンまたはペンシル
は、記入の開始のために、紙に強く押しつける必要はな
い。こうしたスタイラスのポイントは、書き始めに、軸
方向に変位することはない。こうしたスタイラスのポイ
ントは、軸方向の変位に抵抗する。従来の電気機械式ス
イッチには、電子スタイラスの接触を検知し、同時に、
従来のスタイラス特性をまねるという問題に対する適合
性はほとんどない。一般的な電子スタイラスに用いられ
るスイッチは、起動力要件を有するだけでなく、重要な
“前動程”、“示差動程”、及び、“後動程”要件を有
するという点を特徴として挙げることができる。前動程
は、“閉じる”瞬間に達する前に、スイッチのアクチュ
エータを押さなければならない距離である。示差動程
は、スイッチの閉じるのが不確かな距離である。後動程
は、スイッチが閉じた後、スイッチ・アクチュエータが
移動する距離である。前動程、示差動程、及び、後動程
は、ペン及びペンシルといった従来の筆記具をまねるゼ
ロ軸方向動程の要件に整合しない。筆記に用いられるよ
り高い起動圧力は、小さい力の要件に整合しない。
【００１２】電気機械式スイッチに対する代替案の多く
は、その欠陥を共有するか、または、新たな欠陥をもた
らしている。例えば、ひずみゲージを用いるスイッチ
は、どんなヒステリシスについてもスイッチのシミュレ
ーションが生じないようにするため、大がかりな電子シ
ステムを利用しなければならない。これらの電子システ
ムは、個々のひずみゲージ間における差を補償するた
め、個々に調整をしなければならない可能性がある。
は、その欠陥を共有するか、または、新たな欠陥をもた
らしている。例えば、ひずみゲージを用いるスイッチ
は、どんなヒステリシスについてもスイッチのシミュレ
ーションが生じないようにするため、大がかりな電子シ
ステムを利用しなければならない。これらの電子システ
ムは、個々のひずみゲージ間における差を補償するた
め、個々に調整をしなければならない可能性がある。
【００１３】Kableに対する米国特許第4,695,680号に
は、ホール効果を利用するペン・ダウン検知スイッチ、
及び、スイッチを実現するための１対の永久磁石につい
て開示されている。磁石は、スタイラス内において、勾
配の大きい磁界を生じるように配置されており、スタイ
ラス本体をタブレットに向けて押しつけることによりス
タイラス・ポイントが引っ込むことによって移動する。
磁石が移動すると、ホール・センサにおいて磁界の強さ
が変化し、その結果、磁界の強度変化がペンの状態（ア
ップまたはダウン）を示すのに十分になると、状態がス
イッチする。
は、ホール効果を利用するペン・ダウン検知スイッチ、
及び、スイッチを実現するための１対の永久磁石につい
て開示されている。磁石は、スタイラス内において、勾
配の大きい磁界を生じるように配置されており、スタイ
ラス本体をタブレットに向けて押しつけることによりス
タイラス・ポイントが引っ込むことによって移動する。
磁石が移動すると、ホール・センサにおいて磁界の強さ
が変化し、その結果、磁界の強度変化がペンの状態（ア
ップまたはダウン）を示すのに十分になると、状態がス
イッチする。
【００１４】Muller他に対する米国特許第4,034,155号
には、スタイラス・ポイントが引っ込むのを利用して、
光源と光検出器の間の光路内にバイヤを送り込むペン・
ダウン検知スイッチが開示されている。バリヤは、光路
内のクリティカル・ポイントに到達し、スイッチングが
移動の開始時に生じないようにするため移動しなければ
ならず、任意に小さくすることもできない。一般に、電
気・光学・機械スイッチは、ほとんど電気機械式スイッ
チと同じ特性を備えていなければならない。
には、スタイラス・ポイントが引っ込むのを利用して、
光源と光検出器の間の光路内にバイヤを送り込むペン・
ダウン検知スイッチが開示されている。バリヤは、光路
内のクリティカル・ポイントに到達し、スイッチングが
移動の開始時に生じないようにするため移動しなければ
ならず、任意に小さくすることもできない。一般に、電
気・光学・機械スイッチは、ほとんど電気機械式スイッ
チと同じ特性を備えていなければならない。
【００１５】先行技術において、村上他に対する米国特
許第4,848,496号及び山波他に対する米国特許第4,786,7
65号も知られている。米国特許第4,848,496号には、ス
イッチ・テクノロジ自体の教示はないが、この特許に
は、同調回路に対するその測定可能な影響を開状態また
は閉状態を判定する方法が開示されている。米国特許第
4,786,765号の場合、ペン・ダウン検出は、同調回路の
外部的に測定可能な挙動に対するスイッチ状態の影響を
外部的に検知するか、あるいは、外部的に測定される同
調回路の抵抗、容量、または、インダクタンスにスタイ
ラス・ポイントを機械的に結合することによって実施さ
れる。この機械的結合は、あるしきい値の通過時に、ペ
ン・アップ状態またはペン・ダウン状態として検出回路
要素によってコード化されることになる、共振回路の同
調における変化に影響を及ぼすことになる。
許第4,848,496号及び山波他に対する米国特許第4,786,7
65号も知られている。米国特許第4,848,496号には、ス
イッチ・テクノロジ自体の教示はないが、この特許に
は、同調回路に対するその測定可能な影響を開状態また
は閉状態を判定する方法が開示されている。米国特許第
4,786,765号の場合、ペン・ダウン検出は、同調回路の
外部的に測定可能な挙動に対するスイッチ状態の影響を
外部的に検知するか、あるいは、外部的に測定される同
調回路の抵抗、容量、または、インダクタンスにスタイ
ラス・ポイントを機械的に結合することによって実施さ
れる。この機械的結合は、あるしきい値の通過時に、ペ
ン・アップ状態またはペン・ダウン状態として検出回路
要素によってコード化されることになる、共振回路の同
調における変化に影響を及ぼすことになる。
【００１６】これら先行技術によるスタイラス設計の全
てにおいて、状態の変化を確実に検出可能になる前に、
スタイラス・ポイントは、わずかな距離を移動しなけれ
ばならない、すなわち、移動開始時に、確実に検出可能
な状態の変化は、生じない。デジタル化テクノロジに
は、導電シート・デジタイザの場合のように、固有のペ
ン・ダウン検知を行なうものもあるが、これらは、所定
の設計にとってうってつけのデジタイザとはなり得な
い。さらに、こうしたデジタル化技法は、スタイラスの
ごく低い圧力においては不正確になる可能性があり、従
って、適合するスタイラス・スイッチによって有効に補
足することができる。
てにおいて、状態の変化を確実に検出可能になる前に、
スタイラス・ポイントは、わずかな距離を移動しなけれ
ばならない、すなわち、移動開始時に、確実に検出可能
な状態の変化は、生じない。デジタル化テクノロジに
は、導電シート・デジタイザの場合のように、固有のペ
ン・ダウン検知を行なうものもあるが、これらは、所定
の設計にとってうってつけのデジタイザとはなり得な
い。さらに、こうしたデジタル化技法は、スタイラスの
ごく低い圧力においては不正確になる可能性があり、従
って、適合するスタイラス・スイッチによって有効に補
足することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、筆記具の範囲内の起動力を有する電子スタイラス・
スイッチを提供することにある。
は、筆記具の範囲内の起動力を有する電子スタイラス・
スイッチを提供することにある。
【００１８】本発明のもう１つの目的は、筆記具の特性
をまねるが、単純なインターフェイス電子機器しか必要
としない電子スタイラス・スイッチを提供することにあ
る。
をまねるが、単純なインターフェイス電子機器しか必要
としない電子スタイラス・スイッチを提供することにあ
る。
【００１９】本発明のさらにもう１つの、特定の目的
は、前動程がゼロ、示差動程がゼロで、所望通りに任意
に後動程がゼロに近づく電子スタイラス用のペン・ダウ
ン検知スイッチを提供することにある。
は、前動程がゼロ、示差動程がゼロで、所望通りに任意
に後動程がゼロに近づく電子スタイラス用のペン・ダウ
ン検知スイッチを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ペン・
ダウン検知スイッチは、３つの幾何学原理に基づくもの
である。第１の原理は、平面、円錐、及び、球体といっ
た表面が、曲率半径がより大きい（または、相対的に負
の）表面と単一の点で接触するということである。第２
の原理は、剛体は、サイズまたは形状を変えずに移動さ
せることが可能（限界内で）ということである。第３の
原理は、一定の曲率半径を有する表面の場合には、その
表面と接触可能な３つのポイントは、その位置を一意的
に決定するということである。物理的環境内において、
通常、スタイラス・スイッチに働く力を受けると、個体
の金属の分力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次
近似をしのぐようにすることができる。
ダウン検知スイッチは、３つの幾何学原理に基づくもの
である。第１の原理は、平面、円錐、及び、球体といっ
た表面が、曲率半径がより大きい（または、相対的に負
の）表面と単一の点で接触するということである。第２
の原理は、剛体は、サイズまたは形状を変えずに移動さ
せることが可能（限界内で）ということである。第３の
原理は、一定の曲率半径を有する表面の場合には、その
表面と接触可能な３つのポイントは、その位置を一意的
に決定するということである。物理的環境内において、
通常、スタイラス・スイッチに働く力を受けると、個体
の金属の分力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次
近似をしのぐようにすることができる。
【００２１】望ましい実施例の場合、ペン・ダウン検知
スイッチは、しっかり取りつけられているが、互いに絶
縁された３つの円筒状金属ポストによって支持された金
属球体から構成される。スタイラス・ポイント・シャフ
トの近位端は、金属ポストとの間において、それらと等
間隔のポイントで球体と接触する。ばねによって、スタ
イラス・シャフトの支持を行なうので、球体と接触する
が、球体の変位に必要な力は加わらない。これは、同軸
上において向かい合った第２のスプリングが、球体をポ
ストに接触した状態に保つ力を加えるために可能にな
る。この接触させておく力は、接触するスタイラス・シ
ャフト・ポイントと向かい合ったポイントで加えられる
のが理想であるが、これは、絶対に必要というわけでは
ない。圧力がスタイラスの遠位端（すなわち、筆記具の
“ポイント”）に加えられると、力がシャフトに伝搬し
て、球体と接触する近位端に達する。その力が、球体に
接触させておく力を超えると、球体が変位し、それと少
なくとも１つのポストとの接触が損われる。電子回路
は、こうして接触が損われるのを検出し、適合する形に
変換して、ペン・ダウン状態を表示する。実用的な実施
例の場合、接触させておく力は、ユーザの手のランダム
な動きによって球体に付与される運動量が、球体を変位
させるほど大きくならないようにするのに十分な大きさ
を備えていなければならない。実際、球体の質量は、そ
の半径の３乗に比例するので、このスイッチの幾何学形
状は、極めて小さい起動力要件に従って形成することが
できる。
スイッチは、しっかり取りつけられているが、互いに絶
縁された３つの円筒状金属ポストによって支持された金
属球体から構成される。スタイラス・ポイント・シャフ
トの近位端は、金属ポストとの間において、それらと等
間隔のポイントで球体と接触する。ばねによって、スタ
イラス・シャフトの支持を行なうので、球体と接触する
が、球体の変位に必要な力は加わらない。これは、同軸
上において向かい合った第２のスプリングが、球体をポ
ストに接触した状態に保つ力を加えるために可能にな
る。この接触させておく力は、接触するスタイラス・シ
ャフト・ポイントと向かい合ったポイントで加えられる
のが理想であるが、これは、絶対に必要というわけでは
ない。圧力がスタイラスの遠位端（すなわち、筆記具の
“ポイント”）に加えられると、力がシャフトに伝搬し
て、球体と接触する近位端に達する。その力が、球体に
接触させておく力を超えると、球体が変位し、それと少
なくとも１つのポストとの接触が損われる。電子回路
は、こうして接触が損われるのを検出し、適合する形に
変換して、ペン・ダウン状態を表示する。実用的な実施
例の場合、接触させておく力は、ユーザの手のランダム
な動きによって球体に付与される運動量が、球体を変位
させるほど大きくならないようにするのに十分な大きさ
を備えていなければならない。実際、球体の質量は、そ
の半径の３乗に比例するので、このスイッチの幾何学形
状は、極めて小さい起動力要件に従って形成することが
できる。
【００２２】
【実施例】図面を参照すると、とりわけ図１を参照する
と、本発明によるペン・ダウン・スイッチ10の主要コン
ポーネントが示されている。これらには、通常は、戻し
ばね20によって３つの剛性金属接触ポスト14、16、及
び、18に押しつけられている球状接触ボール12が含まれ
ている。これらの接触ポストは、接触ボール12を介した
電気的接触の場合を除き、互いに電気的に絶縁されてい
る。スタイラス・シャフト22は、戻しばね20と向かい合
った接触ボール12に接しており、スタイラスの押しつけ
ばね24によって接触ポイントと逆方向にバイアスが加え
られる。スタイラス・ポイントに圧力が加えられると、
スタイラス・シャフト22は、接触ボールに対し、戻しば
ね20のバイアスに逆らって作用するが、接触ボール12の
移動は、固定後動程制限ストップ26によって制限され
る。後動程制限ストップ26と接触ボール12の間の距離
は、任意に短縮することができる。
と、本発明によるペン・ダウン・スイッチ10の主要コン
ポーネントが示されている。これらには、通常は、戻し
ばね20によって３つの剛性金属接触ポスト14、16、及
び、18に押しつけられている球状接触ボール12が含まれ
ている。これらの接触ポストは、接触ボール12を介した
電気的接触の場合を除き、互いに電気的に絶縁されてい
る。スタイラス・シャフト22は、戻しばね20と向かい合
った接触ボール12に接しており、スタイラスの押しつけ
ばね24によって接触ポイントと逆方向にバイアスが加え
られる。スタイラス・ポイントに圧力が加えられると、
スタイラス・シャフト22は、接触ボールに対し、戻しば
ね20のバイアスに逆らって作用するが、接触ボール12の
移動は、固定後動程制限ストップ26によって制限され
る。後動程制限ストップ26と接触ボール12の間の距離
は、任意に短縮することができる。
【００２３】接触ポスト14は、電気的に接地されてい
る。接触ポイント16及び18は、２つの入力ＯＲゲート28
のそれぞれの入力に接続されている。プル・アップ抵抗
器30及び32は、これらの入力のそれぞれ、及び、正電圧
Ｖccの共通電源に接続されている。ＯＲゲート28の出力
は、ＮＰＮバイポーラ・トランジスタ34のベースに接続
され、該トランジスタのエシッタは、電気的に接地され
ている。スタイラスに圧力がかかっていなければ、接触
ボール12は、戻しばね20の圧力下で３つの接触ポスト1
4、16、及び、18と接触するので、ＯＲゲート28に対す
る入力は、電気的接地で表わされる論理ゼロになる。ス
タイラスに圧力が加えられると、スタイラス・シャフト
22によって、接触ボール12と１つ以上の接触ポスト14、
16、または、18との接触が遮断されることになる。この
結果、ＯＲゲートに対する入力の一方または他方が、電
圧Ｖccによって表わされる論理１になる。従って、トラ
ンジスタ36のベースに正電圧が印加され、該トランジス
タが導通する。トランジスタ36が導通すると、そのコレ
クタは、電気的に接地され、スイッチに対して論理ゼロ
の出力が生じる。
る。接触ポイント16及び18は、２つの入力ＯＲゲート28
のそれぞれの入力に接続されている。プル・アップ抵抗
器30及び32は、これらの入力のそれぞれ、及び、正電圧
Ｖccの共通電源に接続されている。ＯＲゲート28の出力
は、ＮＰＮバイポーラ・トランジスタ34のベースに接続
され、該トランジスタのエシッタは、電気的に接地され
ている。スタイラスに圧力がかかっていなければ、接触
ボール12は、戻しばね20の圧力下で３つの接触ポスト1
4、16、及び、18と接触するので、ＯＲゲート28に対す
る入力は、電気的接地で表わされる論理ゼロになる。ス
タイラスに圧力が加えられると、スタイラス・シャフト
22によって、接触ボール12と１つ以上の接触ポスト14、
16、または、18との接触が遮断されることになる。この
結果、ＯＲゲートに対する入力の一方または他方が、電
圧Ｖccによって表わされる論理１になる。従って、トラ
ンジスタ36のベースに正電圧が印加され、該トランジス
タが導通する。トランジスタ36が導通すると、そのコレ
クタは、電気的に接地され、スイッチに対して論理ゼロ
の出力が生じる。
【００２４】スイッチは、前動程及び示差動程がゼロで
ある。接触球体12は変形する可能性がないので、３つの
接触ポスト14、16、及び、18と、該ポストのうち多くて
も２つ及びスタイラス・シャフト22の遠位端のいずれか
によって支持しなければならない。スタイラスにかかる
力が支持しきい値を通過すると、これらの機械的状態間
に変化が生じなければならないようになっており、その
時点以前に生じることはあり得ない。少なくとも１つの
ポストとの接触が、変位の瞬間、従って、スタイラスの
移動開始時に損われる。スタイラスの移動はスイッチを
起動させるほどではないので、後動程制限ストップ26の
調整によって、後動程を任意に少なくすることができ
る。
ある。接触球体12は変形する可能性がないので、３つの
接触ポスト14、16、及び、18と、該ポストのうち多くて
も２つ及びスタイラス・シャフト22の遠位端のいずれか
によって支持しなければならない。スタイラスにかかる
力が支持しきい値を通過すると、これらの機械的状態間
に変化が生じなければならないようになっており、その
時点以前に生じることはあり得ない。少なくとも１つの
ポストとの接触が、変位の瞬間、従って、スタイラスの
移動開始時に損われる。スタイラスの移動はスイッチを
起動させるほどではないので、後動程制限ストップ26の
調整によって、後動程を任意に少なくすることができ
る。
【００２５】望ましい実施例では、球形の接触ボール12
を利用するが、この幾何学形状は利用可能な形状の１つ
にすぎない。例えば、図２に示す円錐のような線形表面
を用いることも可能である。同様に、図３に示すような
３つの球形“ポスト”に支持されたフラットなディスク
も、このスイッチの設計仕様に合致する。ただし、実際
のところ、製造の経済性からいって、形状は単純にして
おくことが望ましい。
を利用するが、この幾何学形状は利用可能な形状の１つ
にすぎない。例えば、図２に示す円錐のような線形表面
を用いることも可能である。同様に、図３に示すような
３つの球形“ポスト”に支持されたフラットなディスク
も、このスイッチの設計仕様に合致する。ただし、実際
のところ、製造の経済性からいって、形状は単純にして
おくことが望ましい。
【００２６】スタイラス・スイッチに固有のコンパクト
な設計によって、図４に示すようなペンまたはペンシル
に近似した形状及びサイズのスタイラスへの組込みが可
能になる。スイッチ10は、スタイラスの一方の端部にお
けるポイント42と、スタイラスのもう一方の端部におけ
るもう１つのキャビティ44との中間にあるスタイラス本
体40のキャビティ内に収容される。ポイント42には、ボ
ール・ポイント・ペンの感じ及び動きをシミュレートす
るボール（不図示）を設けることができる。第２のキャ
ビティ44には、電子装置が収容される。
な設計によって、図４に示すようなペンまたはペンシル
に近似した形状及びサイズのスタイラスへの組込みが可
能になる。スイッチ10は、スタイラスの一方の端部にお
けるポイント42と、スタイラスのもう一方の端部におけ
るもう１つのキャビティ44との中間にあるスタイラス本
体40のキャビティ内に収容される。ポイント42には、ボ
ール・ポイント・ペンの感じ及び動きをシミュレートす
るボール（不図示）を設けることができる。第２のキャ
ビティ44には、電子装置が収容される。
【００２７】もう１度図１を参照すると、スイッチは、
その特性を起動メカニズム以外の要素に依存している。
用いられる接触材料は、スイッチの時間依存挙動におい
てかなりの役割を果たす。スイッチの動作環境は、その
動作にも影響する。接触球体12の大気によって誘発され
る表面酸化による故障を回避するため、小形コンデンサ
36及び38が、それぞれ、プル・アップ抵抗器30及び32と
電気的接地との間に接続される。これらのコンデンサの
放電は、接点表面にクリーニングを施す働きをする。点
食を防止するには、コンデンサのサイズの選択に注意し
なければならない。実際には、１キロオームのプル・ア
ップ抵抗器と１マイクロファラッドのコンデンサの場
合、損傷を生じるようには思えないし、ペン・ダウン検
知のタイミングに支障を生じることもない。誘発加温に
よる示差膨張がスイッチ動作に影響しないようにするに
は、スイッチ及びペン本体の材料選択にも、注意しなけ
ればならない。
その特性を起動メカニズム以外の要素に依存している。
用いられる接触材料は、スイッチの時間依存挙動におい
てかなりの役割を果たす。スイッチの動作環境は、その
動作にも影響する。接触球体12の大気によって誘発され
る表面酸化による故障を回避するため、小形コンデンサ
36及び38が、それぞれ、プル・アップ抵抗器30及び32と
電気的接地との間に接続される。これらのコンデンサの
放電は、接点表面にクリーニングを施す働きをする。点
食を防止するには、コンデンサのサイズの選択に注意し
なければならない。実際には、１キロオームのプル・ア
ップ抵抗器と１マイクロファラッドのコンデンサの場
合、損傷を生じるようには思えないし、ペン・ダウン検
知のタイミングに支障を生じることもない。誘発加温に
よる示差膨張がスイッチ動作に影響しないようにするに
は、スイッチ及びペン本体の材料選択にも、注意しなけ
ればならない。
【００２８】本発明の説明は、単一の望ましい実施例に
関連して行なってきたが、当該技術の熟練者には明らか
なように、付属のクレームの精神及び範囲内における修
正を施して、本発明を実施することが可能である。
関連して行なってきたが、当該技術の熟練者には明らか
なように、付属のクレームの精神及び範囲内における修
正を施して、本発明を実施することが可能である。
【００２９】
【発明の効果】物理的環境において、通常、スタイラス
・スイッチに働く力を受けると、機械作用による個体金
属の分力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次近似
をしのぐようにすることができる。
・スイッチに働く力を受けると、機械作用による個体金
属の分力が、理想の幾何学形状の物体に対する一次近似
をしのぐようにすることができる。
【図１】本発明の望ましい実施例によるペン・ダウン・
スイッチの主要コンポーネントの概略図である。
スイッチの主要コンポーネントの概略図である。
【図２】図１に示すスイッチに用いられる金属球形／円
筒形ポスト構成に代替し得る他の形状の例を示す絵画図
である。
筒形ポスト構成に代替し得る他の形状の例を示す絵画図
である。
【図３】図１に示すスイッチに用いられる金属球形／円
筒形ポスト構成に代替し得る他の形状の例を示す絵画図
である。
筒形ポスト構成に代替し得る他の形状の例を示す絵画図
である。
【図４】電磁デジタイザ用のスタイラス本体内における
スイッチの配置を示す略断面図である。
スイッチの配置を示す略断面図である。
10. ペン・ダウン・スイッチ 12. 球状接触ボール 14. 剛性金属接触ポスト 16. 剛性金属接触ポスト 18. 剛性金属接触ポスト 20. 戻しばね 22. スタイラス・シャフト 24. 押しつけばね 26. 後動程制限ストップ 28. ＯＲゲート 30. プル・アップ抵抗器 32. プル・アップ抵抗器 34. ＮＰＮバイポーラ・トランジスタ 36. コンデンサ 38. コンデンサ 40. スタイラス本体 42. ポイント 44. キャビティ
Claims (12)
- 【請求項１】相互に絶縁された３つの金属ポストによっ
て支持された金属接点と、 近位端と遠位端を備え、前記近位端が前記金属ポスト
と、等間隔の配置で前記金属接点と接触するようになっ
ているスタイラス・シャフトと、 前記金属接点に接触し、前記金属接点を前記金属ポスト
に接触した状態に保つスプリングと、 前記金属ポストに接続され、前記スタイラス・シャフト
の遠位端に圧力が加えられて、十分な力が、前記スタイ
ラス・シャフトを伝搬し、前記金属接点に接触した近位
端に達すると、前記金属接点が変位し、前記金属ポスト
の少なくとも１つとの接触が損われ、この接触が損われ
たことが検出されて、適合する形に変換され、ペン・ダ
ウン状態が表示されるようにする電子回路から構成され
る、スタイラス用ペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項２】前記スタイラス・シャフトを支持して、前
記金属接点との接触を維持するようになっており、前記
第１のスプリングと同軸をなして、それと向かい合う第
２のスプリングが、さらに含まれていることを特徴とす
る、請求項１に記載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項３】前記金属接点が球体であることを特徴とす
る、請求項１に記載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項４】前記金属接点が、回転の線形表面によって
形成される形状であることを特徴とする、請求項１に記
載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項５】回転の前記線形表面が、円錐形であること
を特徴とする、請求項４に記載のペン・ダウン検知スイ
ッチ。 - 【請求項６】回転の前記線形表面が、ディスクであるこ
とを特徴とする、請求項４に記載のペン・ダウン検知ス
イッチ。 - 【請求項７】前記電子回路が、 ２つの入力を備え、前記２つの入力が前記３つの金属ポ
ストのうちの２つのそれぞれに接続され、第３の金属ポ
ストは、第１の電圧基準に接続されるようになっている
ＯＲゲートと、 前記２つの入力のそれぞれ、及び、第２の電圧基準に接
続される第１及び第２の抵抗器から成ることを特徴とす
る、 請求項１に記載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項８】前記電子回路に、前記金属接点と前記金属
ポストの１つとの間における電気的接触が切れると、接
続され、バイアスがかかって、導通状態になるトランジ
スタが、さらに含まれることを特徴とする、請求項７に
記載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項９】前記電子回路に、前記２つの入力のそれぞ
れ、及び、前記第１の電圧基準に対して接続された第１
と第２のコンデンサが備わっており、前記金属接点と前
記金属ポストのうちの前記２つとの間において、電気的
接触が遮断されたり、回復されたりする際、前記第１と
第２のコンデンサから放電が生じ、前記金属接点を酸化
から守る働きをするということを特徴とする、請求項７
に記載のペン・ダウン検知スイッチ。 - 【請求項10】第１の端部と第２の端部を備え、前記第１
の端部の近くに第１のキャビティが配置され、前記第１
の端部と第２の端部の中間に第２のキャビティが配置さ
れており、さらに、前記第２の端部から前記第２のキャ
ビティにボアが延びているスタイラス本体と、 前記ボア内に位置し、前記第２のキャビティ内に延びる
第１の端部と、前記スタイラス本体の前記第２の端部を
越えて延びる第２の端部を備えるスタイラス・シャフト
と、 しっかり取りつけられているが、互いに絶縁された３つ
の金属ポストによって支持され、前記金属ポストとの間
で、等間隔のポイントにおいて前記スタイラス・シャフ
トに接触する金属接点、及び、前記金属接点に接触し、
前記金属接点を前記金属ポストに接触した状態に保持す
る力を加えるスプリングを備えた、前記第２のキャビテ
ィ内にあるペン・ダウン検知スイッチと、 前記第１のキャビティ内にあって、前記金属ポストに接
続され、前記スタイラス・前記第２の端部に圧力が加え
られて、十分な力が、前記スタイラスを伝搬し、前記金
属接点に接触した第１の端部に達すると、前記金属接点
が変位し、前記金属ポストの少なくとも１つとの接触が
損われ、この接触が損われたことが検出されて、適合す
る形に変換され、ペン・ダウン状態が表示されるように
する電子回路から構成される、 コンピュータ・インターフェイス用スタイラス。 - 【請求項11】前記電子回路が、２つの入力を備え、前記
２つの入力が前記３つの金属ポストのうちの２つのそれ
ぞれに接続され、第３の金属ポストは、第１の電圧基準
に接続されるようになっているＯＲゲートと、 前記２つの入力のそれぞれ、及び、第２の電圧基準に接
続される第１及び第２の抵抗器から成ることを特徴とす
る、 請求項10に記載のスタイラス。 - 【請求項12】前記電子回路が、さらに、前記金属接点と
前記金属ポストの１つとの間における電気的接触が遮断
されると、接続され、バイアスがかかって導通状態にな
るトランジスタが含まれることを特徴とする、請求項11
に記載のスタイラス。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US584816 | 1990-09-19 | ||
| US07/584,816 US5410334A (en) | 1990-09-19 | 1990-09-19 | Switch for pen-down sensing in electronic styli |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580918A true JPH0580918A (ja) | 1993-04-02 |
| JPH0693219B2 JPH0693219B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=24338909
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21422191A Expired - Lifetime JPH0693219B2 (ja) | 1990-09-19 | 1991-08-01 | コンピュータ・インターフェース用スタイラスおよびそのペン・ダウン検知スイッチ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410334A (ja) |
| EP (1) | EP0476276B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0693219B2 (ja) |
| DE (1) | DE69120178T2 (ja) |
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| US6962379B2 (en) | 2002-12-27 | 2005-11-08 | Honda Motor Co., Ltd. | Bumper shock absorbing structure |
| JP2014110039A (ja) * | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Waltop International Corp | 電磁気式指示器とその制御方法 |
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| US20130321359A1 (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-05 | Adonit Co., Ltd. | Stylus with pressure sensor |
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