JPH10207613A - 付与力の測定装置及びこの測定装置の製造方法並びにこの測定装置を利用した書込み情報の画像形成装置 - Google Patents

付与力の測定装置及びこの測定装置の製造方法並びにこの測定装置を利用した書込み情報の画像形成装置

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JPH10207613A
JPH10207613A JP22258597A JP22258597A JPH10207613A JP H10207613 A JPH10207613 A JP H10207613A JP 22258597 A JP22258597 A JP 22258597A JP 22258597 A JP22258597 A JP 22258597A JP H10207613 A JPH10207613 A JP H10207613A
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Stefaan A De Schrijver
エイ デ シュリジュバー ステファン
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触針の先端に加わる力を測定することによっ
て表面に情報が書き込まれる際に情報を画像形成する書
込み装置として機能する画像処理装置が提供される。 【解決手段】 本画像処理装置は、インクペンカートリ
ッジに機械的に結合するセンサー14、16を備えてい
る。両センサー14、16はインクペンカートリッジを
変形させる横方向力及びインクペンカートリッジをペン
ハウジング内に押圧する長手方向力を測定する。書込み
画像を表すデータはペン先に加わる力を分析することに
より捕らえられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、付与力の測定装置
及びその製造方法並びに前記測定装置を利用した書込み
情報の画像形成装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、トレースすべき情報が書き込まれ
る際に画像情報を捕らえる種々のシステムが提案されて
きた。そのようなシステムでは代表的には通常、トレー
スすべきパターンを描画表面に描く力を検出している。
これらの力は、書込み画像を再生するのに使用され得
る。書込み画像をいかに正確に再生できるかは、いかに
それらの力が表面に対して装置の動きを完全に描写でき
るかにかかっている。例えば、ペン先の一つ以上の軸線
に作用する力は、ペン先が書込み表面に沿って動いてい
るか、またはペンが固定点上に或角度で保持されている
ことを表し得る。多くの情報を用いずには正確な画像を
得ることはできない。従って、書込み情報を画像形成す
る能力はペンの位置及び方位に関する情報によって制限
される。
【0003】情報が書き込まれる際に正確にその情報を
画像形成する装置では、書込み面における装置の位置、
書込み面に対する方位及び書込み面に沿った動きに関す
るデータを集めなければならない。
【0004】一般に、これらの装置は、装置の筆点を書
込み面に接触させた状態で機械的な力を検出することに
より動きに関する情報を集める。正確な情報を集めるた
めには、画像形成装置は通常、機械的な力を検知する特
殊なペン先カートリッジを使用している。多くの場合、
これらのペン先ハウジングは、非線形の振舞いすなわち
弾性圧縮特性を示し、それにより検知したデータを無意
味にしている。さらにこれらのハウジングは、コストが
かかり、典型的な作業環境ではあまりにも不十分であ
る。
【0005】ペン先で感知した力を正確に処理するため
に、表面に対する装置の方位を知る必要がある。例え
ば、固定スポットにある角度で保持されているペン先で
生じる力と表面に沿って動かされているペン先で生じる
力とを区別する装置の能力は、装置の方位が判らなけれ
ば、分析できない。書込み情報を画像形成する装置にお
いて典型的に要求されることは、ペン先が特定の角度
に、通常書込み表面に垂直に保持されることである。ペ
ン先が正確に保持される時には、この方法により、力を
正確に測定することができるが、その精度は方位の僅か
な変動で低下し、従って通常の作業環境ではしばしば実
用的ではない。
【0006】書込み情報を画像形成する別の考察として
は、新しい画像をそれより前の画像に対して正確に位置
決めすることが必要である。一度ペンが書込み表面から
持ち上げられると、書込み表面上におけるペンの前の配
置に対する位置は判らなくなる。書込み情報を画像形成
する装置では通常、ペン先を検出できる特殊な表面が必
要とされる。この方法ではペン先位置データを得ること
はできるが、画像形成装置の使用に負担が掛かり、同時
にコストの実質的な増大を招くことになる。この目的
で、欧州特許明細書第649 549B1号に開示されているよ
うなシステムが開発され、このシステムは、紙のような
普通の表面に書き込まれた情報を画像形成するのに充分
なセンサーを備えている。これらのセンサーは製造する
のに複雑でしかも高価となり得る。しかしながら、これ
らのセンサーを用いることにより装置の性能は卓越した
ものとなり、適用性が大きくなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、比較的頑丈でしかも安く製造できるセンサーを備え
た画像形成装置を提供することにある。
【0008】本発明の別の目的は以下の詳細な説明から
明らかとなろう。
【0009】本発明は、書き込まれた情報の画像を描い
たり、書いたり、作ったり、トレースしたりあるいは形
成したりするのに使用される触針に作用する力を検出す
るセンサーに関する。公知の書込み情報の画像形成装置
においては、ペンカートリッジと、動き感知手段と、接
触感知手段とが組み合わされて、ペンカートリッジで表
面に情報を書き込む際にペンカートリッジの先端に掛か
る力を測定するようにしている。書込み表面に対するペ
ンの方位を測定するためにハウジングには傾斜センサー
素子が取り付けられ得る。
【0010】ペンカートリッジ、動きセンサー及び接触
センサーを使用することにより、適当な角度に保持され
た装置からペン先の動きに関する正確な情報を得ること
ができる。ペンカートリッジの長手方向軸線に沿った力
を測定することによって、ペンの動きを表す力と表面上
のある点におけるペンの接触を表す力とを識別すること
ができる。装置は典型的な書込み角度に保持され得るの
で、表面から既知の方位角度を維持するペンカートリッ
ジを特別に製造する必要性はない。
【0011】
【課題を解決するための手段】ペンに作用する力を測定
するために、本発明は、上面、下面、周囲部分及び上面
と下面との間に位置しかつ周囲部分から内側に離間した
複数の切欠部分を備え、切欠部分より内側に変形部分を
形成し、また変形部分と周囲部分との間を接続する複数
のアームを形成する基板を有する、付与力を測定するセ
ンサーを提供する。一つの実施例においては、複数の切
欠部分は四つの切欠部分及び四つのアームを含んでい
る。さらに、アームは、センサーの変形部分から径方向
外方へのび、そして一組の横断軸線に沿ってのびてい
る。別の実施例においては、センサーには三つの切欠部
分及び三つのアームが設けられる。
【0012】センサーはさらに、複数のアームに装着さ
れ、変形部分に作用する付与力に応じて変形部分の変形
を表す変形信号を発生する変換器を有することができ
る。典型的には、これらの変換器は歪み計であるが、変
形部分の変形を表す信号を発生するのに適した任意の形
式の変換器であってもよい。
【0013】別の実施例においては、センサーはさら
に、変換器に電気的に接続され、変形信号に応じて付与
力を表す力信号を発生する回路を有する。任意の実施例
においては、センサーはまた、温度特性を検出する温度
補償装置回路を有している。この温度補償装置は力信号
発生回路に接続され、この回路に温度特性に応じて力信
号を発生させるようにすることもできる。このようにし
て、温度補償装置は、変換器で測定されかつ基板本体の
熱膨張及び収縮で生じた歪みを補償するのに使用され
る。
【0014】基板は代表的にはシリコン基板または金属
基板を含んでいる。金属基板の場合には、好ましくは、
基板の上面及び下面の一方にセラミック被覆が設けられ
る。本発明の別の概念においては、本発明は、付与力を
測定するセンサーの製造方法として理解され得る。これ
らの方法は、周囲部分、上面及び下面を備えた基板本体
を形成し、そして基板本体内に、上面と下面との間にの
びかつ周囲部分から内側に離間した複数の切欠部分を形
成して、変形部分及び変形部分と周囲部分との間を接続
する複数のアームを形成することから成ることができ
る。本発明の好ましい実施例においては、これらの方法
は、基板本体を形成するために、シリコンウエハをフラ
イス削りする工程を含んでいる。シリコンウエハをフラ
イス削りする工程は、シリコンウエハ上にレーザービー
ムを指向させる工程またはシリコンウエハ上にイオンビ
ームを指向させる工程或いはシリコンまたは金属ウエハ
から基板本体を切るのに適した他の任意のフライス削り
工程を含むことができる。本発明による方法はまた、周
囲部分について選択したパターンとなるように基板材料
をフライス削りする工程も含むことができる。従って、
本発明による方法は、ペン組立体または任意の他の形式
の組立体のハウジング内に比較的容易に嵌合するセンサ
ーを提供するために、不規則な幾何学的形状をもつセン
サーを構成することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下例示した実施例に基づき本発
明の実施の形態について説明する。しかしながら、本発
明の精神または範囲から逸脱せずに種々の付加や切欠及
び変更がなされ得ることは明らかにすべきである。例え
ば、本発明はペン及びマーカーに関して原理的に説明す
るが、任意の筆記器具またより一般的には任意の画像形
成またはドラフティング装置も画像情報を捕らえるため
に本発明の教示内容を使用できる。さらに、本発明は、
紙パッドのような古典的な書込み面だけでなく、例えば
黒板、コンピューターモニタースクリーン及び他の可視
表示媒体のような摩擦力の測定できる任意の表面でも使
用できる。
【0016】図1において、システム10は、触針(ス
タイラス)要素12と、動きセンサー14と、接触セン
サー16とを備えており、これらの要素は全てハウジン
グ18内に配置されている。これらの副ユニットを用い
ることにより、触針要素12の先端が表面上のパターン
をトレースする際に触針要素12の先端の動きを描く三
次元の力を表す信号が発生される。本発明は、この種の
画像形成装置内に使用され得るセンサーを提供する。簡
潔にするため、まずそのような画像形成装置の動作につ
いて説明する。
【0017】図1に示すように、動きセンサー14の水
平及び垂直力感知能力及び接触センサー16の長手方向
力感知能力は結合されて触針要素12の先端に作用する
力を描写する。図示実施例において、触針要素12、動
きセンサー14及び接触センサー16はハウジング18
内に整列されている。触針要素12は動きセンサー14
内に着座され、それの先端はハウジング18からのびて
おり、また接触センサー16は後方に配置され、ハウジ
ング18に動きセンサー14が接続される位置から分離
している。
【0018】触針要素12の先端は、書込み数字または
幾何学的図形のようなパターンをトレースするため書込
み表面に接触できる。触針要素12の先端が書込み表面
を横切ってこの図形をトレースするように動かされる際
に、触針要素12はモーメントアームのように振舞う。
図2(A)には、システム10の残りの部分から切り離
して触針要素12を示している。図2(A)に示すよう
に、触針要素12は、先端部11、インク容器15及び
インク容器15から先端部11へインクを移送するたわ
み性ペン先13を備えている。触針要素12は、触針要
素12の先端に作用する水平及び垂直力を、動きセンサ
ー14がハウジング18に接続する部位へ伝達する。図
1及び図2(A)のたわみ性ペン先13は動きセンサー
14からインクカートリッジ15を分離する働きをして
いる。動きセンサー14は触針要素12の先端における
力から生じる動きに応じて曲がりかつ変形する。図1に
示す実施例の場合、二対の変換器20、22は動きセン
サー14の変形に比例した信号を発生する。
【0019】図1に示す実施例では、動きセンサー14
は軸方向に滑動可能な内側ハウジング24に配置されて
いる。このようにして、触針要素12が書込み表面に対
して押圧されると、動きセンサー14は触針要素12の
長手方向軸線26に沿って滑動し、この長手方向軸線2
6に沿って作用する力に比例して接触センサー16を軸
線方向に圧搾する。接触センサー16に装着された変換
器28は、接触センサー16を圧搾する力に比例した信
号を発生する。
【0020】図1に示す本発明の実施例にさらに示され
るように、接触センサー16の後方にはバッテリーのよ
うな電源30が配置されている。この電源30は変換器
要素、傾斜スイッチ32及びコンピューターインターフ
ェース36に給電する。傾斜スイッチ32は電源30の
後側に接続されている。
【0021】図1に示す傾斜スイッチ32は水平面から
の方位角を測定する公知型のものである。図1におい
て、傾斜スイッチ32は長手方向軸線26に沿ってすな
わち長手方向軸線26に平行に整列されている。書込み
表面に対する触針要素12の方位は、書込み表面上でパ
ターンをトレースしながらモニタされる。傾斜スイッチ
32は複数の電気導体を取り巻く導電性電解質流体を用
いることによって水平面からの方位を表す信号を発生す
る。導電性電解質流体は傾斜スイッチ32内で一定のレ
ベルを維持する。長手方向軸線26と表面との角度が変
化すると、電気接点間の導電通路が変化する。形成され
る導電通路が異なると、書込み表面と触針要素12との
方位角が異なることを表している。
【0022】外側ハウジング18の外側面には図1に示
す隆起部34のような非対称表面を備え、使用中に使用
者が手で持っている装置10を回転させ得ないようにし
ている。同様に、内側ハウジング24及び外側ハウジン
グ18は、相互に回転するのを防止するため滑動溝また
は同様なものによって結合されるべきである。
【0023】さらに、図1の実施例においては、赤外線
または同様な無線データリンクにより、書込み表面上に
トレースしたパターンを表す画像信号を処理するマイク
ロコンピューターのような外部プロセッサーに対する通
信通路が形成される。さらに図1に示すように、外側ハ
ウジング18の前方端には一つ以上の作動スイッチ40
が配置され、これらの作動スイッチ40はシステム10
の動作状態に関する状態を表す制御信号を発生する。
【0024】使用において、装置10は、図3に概略的
に示すデータ処理装置64と共に使用され、書込み情報
のファクシミリ態様画像の再構築を行う。データ処理装
置64はビットマップアルゴリズムにより画像信号を処
理できる。ビットマップアルゴリズムはファクシミリ再
生の技術において知られており、基準表面上の複数の点
に対して書込み表面上の複数の点のマップを作る。画像
信号内の位置情報は基準表面におけるマップ形成テーブ
ルによって変換され得る。ビットマップ形成は、書込み
画像のスケーラブル再構築を行い、そして画像信号を絶
対基準座標系の座標系にマップ形成する。別の実施例に
おいては、データ処理装置は画像信号を触針のストロー
クを用いるアルゴリズムで処理する。このアルゴリズム
は触針の先端の加速度及び時間を測定し、書込み情報の
電子画像を再形成する。さらに別の実施例においては、
データ処理装置は当該技術分野において公知のようなス
プラインアルゴリズムに従って画像信号を処理する。
【0025】本発明の一つの実施例においては、電流通
路に複数の歪み計抵抗を備えたホイートストンブリッジ
が構成され、歪み計に作用する機械的歪みの大きさは歪
み計の電気抵抗を相応して変化させるようにしている。
認められるように、本発明においては、機械的力を電気
信号に変換するように同様に機能するホール効果変換
器、圧電変換器や光学減衰センサーのような当該技術に
おいて周知の同様な変換器機構を使用することができ
る。
【0026】図1には、本発明に従って構成した動きセ
ンサー22の一実施例を例示する。例示された実施例に
おいては、堅固な支持フレーム50は触針要素12を軸
方向に受けるために構成されかつ寸法決めされている。
このセンサーは欧州特許明細書第649 549B1号に開示さ
れている。同様に、図1には前記の欧州特許明細書にも
開示されいる接触センサーの一実施例を示す。
【0027】図3に示すように、異なる二つの基準系の
関係において触針は書込みのため適当な方位に配置され
る。触針は書込みを表す力で書込み表面に対して押圧す
る。長手方向センサーは長手方向軸線26に沿って伝達
される合成力を測定する。この合成力ベクトルは書込み
表面と触針との角度θを形成する。
【0028】長手方向力は、書込み表面に垂直な力と、
水平軸線に沿った力と、書込み表面の垂直軸線に沿った
力とに分解される。書込み表面に対して押圧する触針の
角度方位により生じる水平及び垂直成分力は、動きセン
サーで検出される力から除去される。
【0029】本発明は一部、画像印刷テキストであるこ
とができる。というのは、一つの印刷レターの位置が第
2の印刷レターに対して維持されるからである。使用者
は、最初のレターを書きながら書込み表面に対して十分
な圧力を加え、ばね60を圧縮させかつ接触センサー1
6をゆがめさせる。最初のレターを書き込んだ後、使用
者は書込み表面に対して行使している力を止め、ばね6
0は書込み表面に対して内側ハウジング24を滑動して
接触を維持する。触針12が書込み表面を横切って第2
の印刷レターに対する位置まで動かされると、動きセン
サー14は水平及び垂直力を検出し、最初のレターに対
する第2のレターの位置を識別する。このようにして、
接触センサー16で発生された信号は印刷画像に関する
情報をエンコードし、印刷画像を正確に表示する信号と
して認識され得る。
【0030】トレースした画像の相対位置は、装置10
が書込み表面から持ち上げられても測定され得る。本質
的に、触針及び(または)内側ハウジングはモーメント
アームを形成し、それにより装置10が書込み表面上を
動かされる際にアームの相対動きを測定することによっ
て加速力を測定することができる。こうしてセンサー及
び(または)補助センサーは加速を測定し、装置が続い
て書込み表面に戻される際の装置の新しい位置を計算す
る。加速力は公知のナビゲーション機能及びアルゴリズ
ムにより処理されて、書込み表面に対する触針の先端の
位置を判定する。
【0031】図4には本発明の別の実施例を示す。図4
に示すように、装置88は触針要素90を有し、この触
針要素90は接触センサー92の内側で軸線方向に滑動
する。接触センサー92の後端はハウジング94に固定
される。動きセンサー96は触針要素90の前方端に軸
線方向に配置され、また動きセンサー96と触針要素9
0の当接触部100との間にはばね98が配置されてい
る。
【0032】動きセンサー96及び触針要素90は、接
触センサー92の後端に力を伝達するモーメントアーム
として機能する。接触センサー92は触針要素90を受
ける座102を備えている。この座102は、ハウジン
グとの端部接続まで後方にのびる変換器梁104に接続
されている。変換器梁104の両側には二対の変換器要
素106が取り付けられ、長手方向軸線108の軸線方
向に整列される。接触感知手段すなわちセンサー92に
作用する長手方向力は、変換器梁104をゆがめ、変換
器梁104のゆがみに関連して変換器要素106の電気
的特性を変化させる。
【0033】伸縮式の動きセンサー96は長手方向軸線
108に沿って軸線方向に滑動し、書込みを表す不十分
な力が長手方向軸線に加えられる時に、書込み表面との
接触を維持する。動きセンサー96は触針要素90の前
方端までのびる二つの直角に配置した変換器梁110を
備えている。二対の変換器要素は変換器梁の各側に取り
付けられている。直交方向の変位により動きセンサー9
6に作用する力は二つの別個の成分力に分解される。
【0034】図5及び図6には本発明の別の実施例を示
す。図5は欧州特許明細書第649 549B1号に開示されて
いる。また図6は、欧州特許明細書第659 549B1号に開
示されている本発明の別の実施例を示している。図6に
示すように、装置250は触針要素200を有し、この
触針要素200は慣性部材210、動きセンサー204
を通り座要素202内へ軸方向に滑動する。図示実施例
において、座要素202は中空の金属シリンダーであ
り、慣性部材210に接続し、そしてセンサー204を
通って後方へのびている。本発明の一実施例において
は、座要素202はフレキシブル回路ボードで取り囲ま
れている。この実施例における動きセンサーは前方部分
226と後方部分228とを備えている。装置250
は、慣性部材210にねじ嵌合するねじ付き位置決め口
輪部材215を備えている。装置250の前方端には作
動スイッチ222が配置されている。
【0035】傾斜センサー212は座要素202の軸線
方向後方に位置決めされ、それの後方端は電源要素21
4に接続されている。電源要素214は第1の前方シリ
ンダー217から形成され、傾斜センサー212内へ軸
線方向に滑動するように寸法決めされ、また後方シリン
ダー219を形成している。傾斜センサー212の前方
端は座要素202及びハウジング224に接続し、傾斜
センサー212の後方部分及び接続された電源要素21
4は第2のモーメントアームを形成する。電源要素21
4の軸線方向後方にはコンピューターインターフェース
216が配置され、このコンピューターインターフェー
ス216は情報をコンピューター装置64へ伝送する。
【0036】また図6に示すように、装置250は外側
ハウジング体218を備え、この外側ハウジング体21
8は内部アンテナ220を備えることができる。別の実
施例においては、外側ハウジング体218はペンキャッ
プ230に接続され、このペンキャップ230もまたア
ンテナ221を備えている。
【0037】図7には、動きセンサー204及び傾斜セ
ンサー212の構造を詳細に示している。動きセンサー
204及び傾斜センサー212は同一構造であることが
できる。簡潔にするため、以下動きセンサー204につ
いて説明する。図示実施例において、動きセンサー20
4の外側面に沿って八対の変換器要素206が取り付け
られている。各対の変換器要素206は、動きセンサー
204を通ってのびる八つの8の字形のスロット260
に近接して取り付けられている。変換器要素206は、
8の字形の溝の最も幅の広い部分から3mmの厚壁で分離
されている。各8の字形のスロット260は、動きセン
サー204を通ってのびる四つの長方形溝262のそれ
ぞれに近接して位置決めされている。8の字形のスロッ
ト260の最も幅の広い部分は、8の字形のスロット2
60と変換器要素206とを分離している壁厚と同じ壁
厚だけ長方形溝262から離れている。動きセンサー2
04の内側面256に沿って四つの接続取付け部258
が設けられている。これらの接続取付け部258は動き
センサー204内に円筒状座要素202を保持してい
る。図示動きセンサー204は、動きセンサー204の
外側面を包囲するつば254を備えている。
【0038】図7及び図8を参照すると見られるよう
に、任意の二つの接続取付け部258間には、二対の変
換器要素206と二つの8の字形のスロット260とが
ある。触針要素200に加わる力は、接続取付け部25
8によって二つの8の字形のスロット260間の内側面
256上の一点に径方向に伝達される。各8の字形のス
ロット260はゆがみ、そのゆがみは各対の変換器要素
206で測定される。図8に示すように、各対の変換器
要素206はまた第2の対の変換器要素206に対して
径方向に横切って位置決めされる。従って変換器要素2
06は外側面に沿って離間され、二つの直交軸線26
4、268に沿って動きセンサー204の外側面を分割
している。さらに図8に示すように、各対の変換器要素
206は第2の変換器要素206に電気的に接続され
て、二つの直交軸線264、268の端の回りに感知回
路270を形成し、二つの接続取付け部258間には簡
潔にするため四つの感知回路270のうちの一つだけが
示されている。図示実施例においては、感知回路270
はホイートストンブリッジとして構成される。半ホイー
トストンブリッジのような、一般に歪みセンサー構造の
技術において知られた他の回路技術に容易に変えること
もできる。
【0039】図9(A)及び図9(B)には別の代わり
のセンサー構造を示す。図9(A)に示すセンサー35
0は、基板352、切欠部分354、356、358、
360、随意に設けられる中央開口362,変換器36
4、回路要素368、温度補償要素370、結合パッド
372及び横断軸線380、382を備えている。
【0040】図9(A)及び図9(B)に示すセンサー
350は半導体装置であり、一体的に容易に製造したパ
ッケージ内にセンサー350の中央部分に加わる力を測
定するセンサーを構成している。図9(A)に示すよう
に、センサー350は基板352により形成され、基板
352の内周囲に沿って多数の切欠部分が一様に分布さ
れている。図9(A)に示す実施例において、切欠部分
354〜360は、基板を貫通してのびる湾曲開口とし
て示されており、基板352の上面から下面までのびる
開口を形成している。開口354〜360により基板3
52の中心部分は付与力に応じて動くことができる。従
って基板352の中心部分はセンサー350の変形部分
となる。さらに図9(A)に示すように、基板352の
変形部分は、横断軸線380、382に沿ってのびる四
つのアームによって基板352の周囲部分に接続してい
る。図示実施例において、センサー350のアームは、
基板352の周囲部分と基板352の変形部分との間に
のびかつ切欠部分354〜360間に走る基板352の
部分によって形成される。例えば、図9(A)には、基
板352の周囲部分から基板352の中央変形部分まで
のびそして切欠部分354、360間を通りかつ横断軸
線382に沿ってのびる基板352の部分として一つの
アームが示されている。この図示実施例において、基板
352の周囲部分は、例えば、ペンのハウジングに固定
装着することができ、また中央変形部分は付与力に応じ
て変形できるようにフリーに配置されている。変形は、
基板352の周囲部分に固定装着され得るアームを動か
し、それにより、歪み及び応力が発生され、これらの歪
み及び応力は、センサー350の変形部分に加わる力を
表す信号を発生するために測定され得る。従って、セン
サー350は、触針要素の先端が書込み表面上の書き込
まれた情報をトレースする際に、触針要素の先端に加わ
る力のような力を測定するセンサーとして機能するのに
適した、容易に製造できる半導体装置を提供する。上述
のように、センサー350は、三方向の力を測定するこ
とによって動き感知及び接触感知要素として機能でき
る。
【0041】図9(A)及び図9(B)に示す基板35
2は、シリコン上に形成され、そしてバルク及び薄膜電
子装置を備えるように処理されたシリコンウエハを用い
て形成され得る。例えば、シリコンウエハは、センサー
350の歪み計として機能し得る抵抗のようなバルク装
置を備えるように処理され得る。さらに、基板352
は、上述のようにホイートストンブリッジや増幅器回路
を構成する演算増幅器及びダイオードのようなCMOS
薄膜電子装置を備えることができ、変換器要素は前記及
び欧州特許明細書第649 549B1号に記載されたような回
路として構成され、また付与力を測定するのに適した回
路として構成される。同様に、基板352は電子素子を
相互に接続しさらに電子素子を結合パッド72に接続す
る配線を備えることができ、結合パッド72は、電源及
びセンサー350で発生された力信号をデジタル信号に
変換できるアナログ・デジタル変換器ボードを含む外部
回路に対する接点を構成し得る。
【0042】図9(A)に示す切欠部分354〜360
は基板352を通ってのびる湾曲開口である。切欠部分
354〜360は基板352を通る開口を形成し、基板
352の中央部分を基板352の周囲部分の大部分から
分離して、基板352の中央部分が軸線380、382
に対してのびる四つのアームで支持されるようにされて
いる。このようにして、切欠部分354〜360は基板
352内に、変形部分及び変形部分を支持する多数のア
ームを形成する。切欠部分354〜360は基板352
を貫通してのびている。しかしながら、別の実施例にお
いては、切欠部分は基板を通って部分的にのび、多数の
アームによって支持される中央変形部分を形成する。さ
らに別の実施例においては、切欠部分354〜360は
基板352から基板本体の全部を除去した大きな開口で
あってもよい。図9(A)に示す本発明の好ましい実施
例においては、基板本体を貫通してのびる細長い開口が
形成されるが、なお電子装置を基板352上に担持する
のに十分な表面積が基板352に対して設けられる。さ
らに、湾曲した切欠部分354〜360は変換器要素3
64に影響を及ぼしかつ回路要素368、370の動作
に影響を及ぼし得るゆがみから電子装置368、370
を分離する。図9には本発明の一実施例を示している
が、超小型機械製造技術分野における通常の知識を有す
る者には明らかなように、センサー350の変形部分を
形成する任意の切欠部分すなわち切欠部分の幾何学的形
状は本発明において実施され得る。
【0043】随意に設けられ得る切欠部分362は、触
針要素または触針要素に接続する機械的組立体に対する
機械的接続を行う中央開口である。
【0044】図9(A)の変換器364は、基板352
の中央変形部分の変形に応じて各アームに生じる歪みを
測定する歪み計として働くバルク抵抗として示されてい
る。本発明の一実施例においては、歪み計変換器364
であるバルク抵抗は、そのようなバルク抵抗を形成する
のに普通に使用される形式の半導体処理行程中に基板3
52の表面に形成される。変換器要素364は歪み計と
して示されているが、当業者には明らかなように、本発
明では中央変形部分の変形に応じて信号を発生するのに
適した他の変換器要素で実施することができる。
【0045】図9(A)に示す回路要素368は典型的
には配線要素を備え、これらの配線要素は好ましくは半
導体処理行程中に基板352に形成され、そして変換器
要素364に再接続されて半または全ホイートストンブ
リッジを形成する。回路要素368はさらに、ホイート
ストンブリッジによって発生された信号を処理し増幅す
る演算増幅器回路を備えることができ、センサー350
の変形部分に加えられた力を表す信号を発生する。該回
路の設計及び構造は電気工学の分野において周知であ
り、また本発明においてはホイートストンブリッジによ
って発生された信号を処理し増幅するに適した任意の回
路を使用することができる。
【0046】さらに図9(A)に示すように、付与力の
測定における温度変化の影響を補償する温度補償回路を
含む回路要素370が設けられ得る。実際、温度補償回
路370は、基板352または変換器364の温度が上
昇する結果として生じ得る熱膨張を補償できる。図示回
路370は半導体製造行程において基板352に形成さ
れた薄膜及びバルク装置で構成され得る。典型的には、
これらの装置は温度感応性のダイオードを含んでいる。
そのような構成により性能は改善され、装置の特性の変
動は減少される。図9(A)にはさらに、センサー35
0の好ましい実施例を示し、このセンサ350の幾何学
的形状は、回路370によって比較的容易に補償されか
つ変換器364によって発生した信号を壊さない比較的
一様な熱膨張をもたらす円形である。
【0047】図10(A)及び図10(B)には本発明
のさらに別の実施例を示し、触針要素の先端に加わる力
を測定するのに適したセンサーを備えている。図10
(A)にはセンサー390を示し、このセンサー390
は、基板392、切欠部分394、396、398、中
央開口400、接点404及び歪み計406を備えてい
る。図10(B)に示す基板392は鋼のような金属材
料であることができ、そして酸化アルミニウム(Al0
2 )のようなセラミック材料から成り得る表面被覆40
8を備えることができる。
【0048】図10(A)には基板392の表面内に変
形部分を形成するための別の幾何学的形状を示してい
る。図示実施例において、多数の角度を成した切欠部分
は基板392の本体を貫通する開口として形成されてい
る。これらの切欠部分により三つのアームが形成され、
これらのアームは切欠部分間にのび、そしてセンサー3
90の周囲部分に中央変形部分を接続している。図10
(A)に示すように、三つのアームには変換器要素40
6が取り付けられ、これらの変換器要素406は上述の
ように、センサー390の中央変形部分の変形によって
生じた歪みを測定する歪み計要素であることができる。
この実施例において、三つのアームで測定された力は直
交軸線組に対して作用する成分力に分割され得る。一例
として、一つの切欠部分の一側は座標系のx軸線に沿っ
てのびるものとして定義される。x軸線を横切ってのび
る他の切欠部分はx軸線に平行に及びx軸線に垂直にの
びる複数の部分に分割され得る。従って、力は直交対の
軸線に対して測定され得る。さらに、センサー390の
中央変形部分に作用する力を測定しかつ分解するのに代
わりの複数のシステムを使用することができる。これら
のシステムはセンサーの設計技術分野において周知であ
り、本発明においては、センサー390の中央変形部分
に作用する力を測定するのに適した任意のシステムを使
用することができる。
【0049】図10(B)に示すように、鋼基板392
は酸化アルミニウムまたは他のセラミック膜面408を
備えることができる。セラミック表面上には接点パッド
404が形成され得、また変換器406と接点パッド4
04との間には、変換器要素を接点パッド404に相互
に接続する配線要素が設けられ得る。本発明の一実施例
においては、接点パッド404は、接点パッド404に
溶着または面実装されあるいき装着され得る半導体装置
に接続するピン接続体を形成する。電気工学の分野にお
ける当業者には容易に認められるように、接点パッド4
04に装着された半導体装置は、変換器406で測定し
た歪みを検出しそして測定した歪みに応じて、センサー
390の中央変形部分に作用する力を表す信号を発生す
る回路であることができる。
【0050】図11には上述のように触針に本発明のセ
ンサーを触針に一体化したものを示す。図11に示すシ
ステム410は、図9(A)、図9(B)、図10
(A)及び図10(B)に示す形式のセンサー414を
備えている。また図11に示すシステム410は、ハウ
ジング412、センサー414、支持体418、接点4
20、支持体422、支持体424、容器428及び触
針430を備えている。
【0051】図11に示すように、システム410はセ
ンサー414を備え、センサー414の周囲部分は支持
体422、424によってシステム410のハウジング
412に固定装着されている。代表的には、ハウジング
412は書込み情報を画像形成するために使用されるペ
ン装置の外部部分であることができる。さらに図11に
示すように、センサー414は、支持体422に設けた
接点に対する回路接続体を成す導電性の接点要素である
接点要素420を備えることができる。このようにし
て、センサー414は接点要素420及び支持体422
を介して外部の給電処理要素または他の電子回路に電気
的に接続できる。
【0052】さらに図11に示すように、容器428は
センサー414の中央開口を通ってのび、そして支持壁
418の近くに配置されている。支持壁418は支持体
424に対して固定装着され、そして選択可能にたわみ
性である。従って、支持壁418は機械的止めとして機
能し、そして容器428でゆがめられ得るセンサー41
4の変形部分の量及び距離を制御する。一実施例におい
ては、支持壁418はアルミニウムの薄片で構成され
る。
【0053】さらに図11に示すように、任意の利用可
能なペン触針またはカートリッジであり得る触針要素4
30は、センサー414の変形部分を通ってのびる容器
428内に配置されている。理解されるように、触針要
素430が書込み表面を横切ってトレースする際に、触
針要素430の先端に加わる力はセンサー414に作用
し、センサー414はこれらの力を表す信号を発生す
る。
【0054】図12には本発明のさらに別の実施例を示
し、図9(A)、図9(B)、図10(A)及び図10
(B)に示すもののようなセンサーを備えている。図1
2に示すシステム440はセンサー442、フレキシブ
ル回路ボード組立体444、バッテリー要素448及び
接点パッド450を備えている。図12に示す実施例に
おいて、センサー要素442は接点パッド450を介し
てフレキシブル回路ボード組立体444に電気的に接続
され、フレキシブル回路ボード組立体444は円筒形に
形成されている。バッテリー要素448はフレキシブル
回路ボード組立体444内に配置され、そしてセンサー
442に給電し、センサー442は図示したように円形
に形成されている。図示してない触針要素はバッテリー
要素448と反対側の端で円筒状回路内にのび、そして
上述のように、回路442の中央部分をゆがませるため
回路442に対して接触し得る。この実施例において
は、システム440はペン装置の円形ハウジング内に挿
置され得、それによりセンサー要素442とセンサー要
素442で感知た力を検出し測定する回路組立体である
フレキシブル回路ボード組立体444とを含むセンサー
組立体を構成する。従って、システム440は、書込み
情報を画像形成するのに適した器具を構成するペン装置
のハウジング内に挿置できるセンサー組立体を構成す
る。
【0055】図示センサーは、半導体特徴をもつセンサ
ーを提供する繰返し製造プロセスによって形成でき、そ
れにより公差及び性能は改善される。本発明による一つ
の方法においては、従来の半導体処理技術を用いてシリ
コンウエハは処理され、シリコンウエハ上に多数の半導
体装置が形成され、各半導体装置は図9に示すセンサー
のようなセンサーの電子組立体を含み得る。言い換えれ
ば、半導体プロセスを使用して変換器要素、回路要素、
配線パターン及び他のそのような半導体要素を形成する
ことができる。単一シリコンウエハ上に多数のそのよう
な装置が形成される。処理ウエハはフライス削り部へ送
られ、シリコンウエハは多数の別個のセンサー装置に切
断される。
【0056】一つの実施例においては、フライス削り部
においてシリコンウエハにレーザービームが当てられ、
そしてウエハは選択した幾何学形状の個々のセンサに切
断される。例えば図9(A)に示すように、レーザービ
ームは各センサーを、円形形状またはペン装置のハウジ
ング内にセンサーを装着するのに適した任意の選択した
幾何学形状に切断できる。例えば、矩形、楕円形、六角
形などのような幾何学形状あるいは任意の幾何学形状は
ウエハをスライス削りすることにより得ることができ
る。上述のように、スライス削り部はシリコンウエハか
らセンサー要素を切断するのにレーザービームを使用し
ているが、代わりに、シリコンウエハから個々のセンサ
ーを切断するのに集束イオンビーム装置を使用すること
もできる。
【0057】代わりの実施例においては、鋼のような金
属板にセラミック材料が被覆され、そしてセラミック被
覆上にバルク抵抗や他のそのような厚膜装置のような一
組の半導体装置を形成するのに半導体プロセスが使用さ
れる。上述のように、金属板は、機械的にか、またはレ
ーザービーム、イオンビームの切除技術を用いて、ある
いはスライス削りすべき板から個々のセンサー装置を切
断する他のそのような切除技術を用いてスライス削りさ
れ得る。
【0058】図9及び図10に示すセンサーはまた、三
方向の力を測定するのに適した半導体装置を提供でき
る。図9及び図10に示すように、半導体センサーは、
動き感知要素及び接触感知要素を構成するものとして例
示されている。別の実施例においては、そのようなセン
サーを三つ使用してここで説明したシステムに使用する
のに適した傾斜センサーが構成され得る。特に、図9を
再び参照すると、図示センサー要素350のような三つ
のセンサー要素は、三つの直交方向に沿って作用する力
を測定するように直交配置され得る。各センサー要素3
50は中央開口362内に金属コア好ましくは軟質金属
コアを備えている。コアに交流を流すことにより、金属
コア内に音叉のように機械的振動が生じる。加速度計の
技術において知られているように、センサー350が動
く際に、振動する金属コアが動きに抵抗して変換器36
2で測定されるべき応力及び歪みを生じさせる角度モー
メントの保存の原理が成り立つ。応力及び歪みを測定す
ることによって、ペンの角度は重力の場の作用に無関係
に測定できる。この加速度計の一つの実施例において
は、金属コアによって生じる力は極めて僅かであるの
で、基板352の厚さは切除によって減少される。随意
に、センサー350の後面を削って基板352の厚さ
を、最大感度をもたらししかも振動する金属コアによっ
てセンサー350を容易に損傷させないような十分な丈
夫さをもたらす厚さを減少する。
【0059】前記では本発明の幾つかの電子画像形成シ
ステムについて説明してきたが、この説明は本発明を限
定するものではなくむしろ例示のためのものであること
が理解されるべきである。従って本発明は前記の説明で
はなく特許請求の範囲によって定義されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に従って構成した電子画像形成装置を
示す概略断面図である。
【図2】 図1示した装置の要部を示し、(A)は図1
の装置に使用する触針を示す詳細図、そして(B)は図
1の装置に使用する動き検知手段の内側ハウジング構成
要素を示す詳細図、そして(C)は図1の装置に使用す
る接触センサーを示す詳細図である。
【図3】 書込み表面に対して配置した本発明の装置を
示す図である。
【図4】 伸縮部材を備えた本発明の別の実施例を示す
概略図である。
【図5】 変換器を触針要素に装着した本発明の別の実
施例を示す概略図である。
【図6】 センサー要素の外側面に変換器を装着した本
発明のさらに別の実施例を示す概略図である。
【図7】 センサー要素を示す概略図である。
【図8】 変換器要素の配置を詳細に示すセンサーの概
略図である。
【図9】 センサーの他の実施例を示し、(A)、
(B)は、それぞれ異なる別のセンサーを示す概略図で
ある。
【図10】 センサーの他の実施例を示し、(A)、
(B)は、それぞれ異なるさらに別のセンサーを示す概
略図である。
【図11】 図9(A)、(B)、図10(A)、
(B)に示すセンサーを備えた触針要素を示す概略図で
ある。
【図12】 ペンハウジングに接続するセンサー組立体
を示す概略図である。
【符号の説明】
10,410,440 システム、12,90,20
0,430 触針要素、14,96,204 動きセン
サー、15 インク容器(インクカートリッジ)、1
6,92 接触センサー、18,94,224,412
ハウジング、20、22,28 変換器、24 内側
ハウジング、26 長手方向軸線、、30電源、32
傾斜スイッチ、34 隆起部、36,216 コンピュ
ーターインターフェース、40 作動スイッチ、50
支持フレーム、60,98 ばね、64 データ処理装
置、102 座、104,110 変換器梁、106,
206 変換器要素、108 長手方向軸線、202
座要素、210 慣性部材、212 傾斜センサー、2
14 電源要素、215 口輪部材、217 前方シリ
ンダー、218 外側ハウジング体、219 後方シリ
ンダー、220 内部アンテナ、221 アンテナ、2
22 作動スイッチ、226 前方部分、228 後方
部分、230 ペンキャップ、250 装置、254
つば、256内側面、258 接続取付け部、260
スロット、262 長方形溝、264,268 直交軸
線、270 感知回路、350,390,414,44
2 センサー、352,392 基板、354,35
6,358,360,394,396,398 切欠部
分、362,400 中央開口、364 変換器、36
8回路要素、370 温度補償要素、372 結合パッ
ド、380,382 横断軸線、404,420 接
点、406 歪み計、408 表面被覆、418,42
2 支持体、428 容器、444 フレキシブル回路
ボード組立体、448 バッテリー要素、450 接点
パッド。

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面、下面、周囲部分及び前記上面と下
    面との間に位置し前記周囲部分から内側に離間した複数
    の切欠部分を備え、前記切欠部分より内側に変形部分を
    形成し、また前記変形部分と前記周囲部分との間を接続
    する複数のアームを形成する基板を有することを特徴と
    する付与力の測定装置。
  2. 【請求項2】 前記複数の切欠部分が四つの切欠部分を
    含み、また前記複数のアームが四つのアームを含んでい
    ることを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装
    置。
  3. 【請求項3】 前記アームが、前記変形部分から径方向
    外方へ一組の横断軸線に沿ってのびていることを特徴と
    する請求項2に記載の付与力の測定装置。
  4. 【請求項4】 前記複数の切欠部分が三つの切欠部分を
    含み、また前記複数のアームが三つのアームを含んでい
    ることを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装
    置。
  5. 【請求項5】 さらに、前記複数のアームに装着され、
    前記変形部分に作用する前記付与力に応じて前記変形部
    分の変形を表す変形信号を発生する変換器を有すること
    を特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装置。
  6. 【請求項6】 前記変換器が歪み計を含むことを特徴と
    する請求項5に記載の付与力の測定装置。
  7. 【請求項7】 さらに、前記変換器に電気的に接続さ
    れ、前記変形信号に応じて前記付与力を表す力信号を発
    生する回路を有することを特徴とする請求項1に記載の
    付与力の測定装置。
  8. 【請求項8】 さらに、温度特性を検出する温度補償装
    置を有し、この温度補償装置が前記回路に接続され、前
    記回路に前記温度特性に応じて前記力信号を発生させる
    ようにしたことを特徴とする請求項1に記載の付与力の
    測定装置。
  9. 【請求項9】 さらに、前記基板に配置され、かつ前記
    回路に電気的に接続された結合パッドを有することを特
    徴とする請求項7に記載の付与力の測定装置。
  10. 【請求項10】 前記結合パッドが前記基板の前記周囲
    部分に沿って配置されることを特徴とする請求項9に記
    載の付与力の測定装置。
  11. 【請求項11】 前記基板がシリコン基板から成ってい
    ることを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装
    置。
  12. 【請求項12】 前記基板が金属基板から成っているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装置。
  13. 【請求項13】 さらに、前記上面及び下面の一方に酸
    化アルミニウム被覆が設けられていることを特徴とする
    請求項12に記載の付与力の測定装置。
  14. 【請求項14】 前記基板がほぼ円形基板から成ってい
    ることを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装
    置。
  15. 【請求項15】 前記基板が中心に開口を備えているこ
    とを特徴とする請求項1に記載の付与力の測定装置。
  16. 【請求項16】 周囲部分、上面及び下面を備えた基板
    本体を形成し、そして前記基板本体内に、前記上面と下
    面との間にのび、かつ前記周囲部分から内側に離間して
    複数の切欠部分を形成して、変形部分及び前記変形部分
    と前記周囲部分との間を接続する複数のアームを形成す
    ることを特徴とする付与力の測定用センサーの製造方
    法。
  17. 【請求項17】 前記基板本体を形成する工程が、シリ
    コンウエハをフライス削りする工程を含んでいることを
    特徴とする請求項16に記載の付与力の測定用センサー
    の製造方法。
  18. 【請求項18】 前記シリコンウエハをフライス削りす
    る工程が、前記シリコンウエハ上にレーザービームを指
    向させる工程を含んでいることを特徴とする請求項17
    に記載の付与力の測定用センサーの製造方法。
  19. 【請求項19】 前記シリコンウエハをフライス削りす
    る工程が、前記シリコンウエハ上にイオンビームを指向
    させる工程を含んでいることを特徴とする請求項17に
    記載の付与力の測定用センサーの製造方法。
  20. 【請求項20】 さらに、前記シリコンウエハをフライ
    ス削して選択したパターンで前記周囲部分を形成する別
    の工程を含んでいることを特徴とする請求項17に記載
    の付与力の測定用センサーの製造方法。
  21. 【請求項21】 さらに、前記基板の前記上面及び下面
    の一方にバルク装置を形成する別の工程を含んでいるこ
    とを特徴とする請求項16に記載の付与力の測定用セン
    サーの製造方法。
  22. 【請求項22】 さらに、前記基板上に薄膜半導体装置
    を形成する別の工程を含んでいることを特徴とする請求
    項16に記載の付与力の測定用センサーの製造方法。
  23. 【請求項23】 触針と、 前記触針に結合され、変形部分を形成する複数の切欠部
    分及び複数のアームを備えたセンサーと、 前記複数のアームに装着され、前記変形部分の変形の動
    きを表す複数の変形信号を発生する複数の変換器と、 前記変形信号に応じて前記触針の力の作用を表す力信号
    を発生する回路とを有することを特徴とする書込みの画
    像形成装置。
JP22258597A 1996-08-19 1997-08-19 付与力の測定装置及びこの測定装置の製造方法並びにこの測定装置を利用した書込み情報の画像形成装置 Pending JPH10207613A (ja)

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