Brevet FR2805211A1 — publié le 20010824

STYLOGRAPHE La présente invention concerne un stylographe, du type comprenant un corps qui est ouvert à l'une au moins de ses extrémités et dans lequel est logée une mine dont une première extrémité peut déboucher vers l'extérieur du corps l'extrémité ouverte de celui-ci. stylographe, on entend au sens de la présente invention tout objet ayant pour fonction de produire, directement ou indirectement, une représentation d'un mouvement qui lui est imprimé. En particulier, il peut s'agir du mouvement imprimé au stylographe par la main d'un utilisateur tenant le stylographe. L'invention trouve des applications dans des systèmes de représentation électronique d'écriture, de reconnaissance électronique d'écriture d'interface manuelle pour la saisie d'informations en vue d'un traitement numérique de données etc ... Dans ce type d'applications, le stylographe peut être equipé d'un transducteur d'émission acoustique tel qu'une capsule ultrasonore fonctionnant en émission qui émet des ondes acoustiques dans le milieu ambiant, sous forme train d'impulsions. Le stylographe est maintenu en contact avec et est amene à se déplacer sur un support plan tel qu'une table tracer. Au moins deux transducteurs de réception acoustique tels que des capsules ultrasonores fonctionnant en réception, fixes par rapport au support, sont disposés à proximité de la table à tracer. Ces transducteurs de réception sont adaptés pour recevoir les ondes acoustiques émises par le transducteur d'émission et pour les transformer en signaux électriques. Ces signaux sont transmis par des liaisons ad-hoc à un ordinateur. L'ordinateur exécute un programme qui permet, en fonction des signaux électriques ainsi reçus, de produire des données représentant la trajectoire de la pointe du stylographe sur le support. Ce logiciel implémente une méthode de triangulation pour calculer la position instantanée de la pointe du stylographe sur le support. Toutefois, dans certaines applications, la connaissance de la trajectoire suivie par le stylographe sur le support n'est pas suffisante. La force d'appui instantanée du stylographe sur le support, résultant de l'action l'utilisateur qui manoeuvre le stylographe, peut également être une donnée est utile de prendre en compte. En effet, dans le cas d'un système de représentation électronique d'écriture par exemple, la force d'appui exercée par le stylographe sur le support est différente selon que la portion de trait concernée est un plein ou un délié. Pour restituer une représentation d'écriture proche de celle obtenue avec une plume sur une feuille de papier, il peut alors être utile caractériser force d'appui exercée par le stylographe sur le support. Plus force d'appui grande, et plus la largeur du trait est importante. Dans le cas d'un système reconnaissance électronique d'écriture, l'évolution de la force d'appui exercée par le stylographe sur le support est souvent corrélée à l'allure de la trajectoire du stylographe sur le support de manière sensiblement univoque, en sorte que le rapprochement de ces deux types d'informations permet d'affiner la caractérisation de l'écriture et donc d'améliorer les performances du système. Du brevet américain US 4,814,552, il est connu un dispositif formant interface d'entrée pour un ordinateur comprenant un instrument d'écriture et un interrupteur coopérant avec l'extrémité de la mine, pour détecter le contact de la mine sur un support. Cet interrupteur ne donne toutefois qu'une information binaire, indiquant que le stylographe est ou n'est pas en contact avec le support. Un objet de la présente invention est de proposer des moyens pour caractériser la force d'appui exercée par un stylographe sur un support avec lequel il est en contact. Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un stylographe comprenant un corps présentant une ouverture, à l'intérieur duquel est logee une mine dont une première extrémité peut déboucher vers l'extérieur du corps par ladite ouverture, caractérisé en ce que la mine est rigide et libre translation suivant un axe longitudinal du corps, et en ce que le stylographe comprend un dispositif sensible à une force coopérant avec une seconde extrémité de la mine pour délivrer un signal électrique de sortie dont les valeurs continues sont représentatives de l'intensité d'une force exercée sur la première extrémité de la mine. Ainsi valeurs continues du signal électrique de sortie permettent de caractériser force d'appui du stylographe sur le support, la force exercée sur la premiere extrémité de la mine par le support lui étant directement liée suivant principe de l'action et de la réaction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être en regard des dessins annexés, sur lesquels on a représenté - a la figure 1 : le schéma d'un stylographe selon l'invention ; - à la figure 2 : le schéma d'un dispositif sensible à une force selon l'invention ; - à la figure 3 : un schéma de la force exercée sur la première extrémité de la mine par le support; - à la figure 4 : une courbe montrant la caractéristique de la résistance électrique d'un élément sensible en fonction de sa dynamique d'entrée. A la figure 1, on a représenté le schéma simplifié d'un stylographe selon l'invention. Le stylographe comprend un corps 100 présentant une ouverture 120 à l'une de ses extrémités. Plus particulièrement, il comprend une partie principale 150 de forme sensiblement cylindrique allongée et un embout 160 à l'extrémité du corps 100 du côté de l'ouverture 120. autrement, l'ouverture 120 se trouve au niveau de l'embout 160 du corps Une mine 190 est logée à l'intérieur du corps 100. La mine 190 est rigide libre en translation suivant l'axe longitudinal X-X du corps 100 du stylographe. Une première extrémité 191 de la mine 190 peut déboucher vers l'extérieur du corps par l'ouverture 120. L'embout 160 comprend un conduit 300 qui traverse l'embout 160 suivant l'axe longitudinal X-X du corps 100. Un jeu fonctionnel (qui est de l'ordre de 1110 millimètre) permet à la mine 190 de coulisser dans ce conduit 300, en sorte que les parois du conduit forment des moyens de guidage de la mine pour son mouvement suivant l'axe longitudinal X du corps 100. Bien entendu, des moyens adaptés tels qu'un rétrécissement du conduit 300 au niveau de l'ouverture 120 empêchent la mine 190 de s'échapper complètement du corps 100 du stylographe. Dans des conditions normales d'utilisation, le corps 100 du stylographe est tenu fermement par un utilisateur et est manoeuvre de telle sorte que l'extrémité 191 de la mine soit maintenue en contact avec un support 20 tel qu'une table à tracer, le cas échéant par l'intermédiaire d'une feuille de papier 200. Classiquement, l'angle a entre l'axe longitudinal X-X du stylographe et projection de cet axe sur le plan du support 20 est alors de l'ordre de L'utilisateur imprime ainsi une force d'appui du stylographe sur le support qui est transmise au support par le corps 100 et la mine 190. Suivant principe l'action et de la réaction, cette force d'appui engendre une force réaction du support 20 sur l'extrémité 191 de la mine 190. Cette force réaction est visible sur le schéma de la figure 3, sur lequel, par souci clarté, seuls le support 20 et la mine 190 ont été représentés. Ainsi qu'on le voit sur cette figure, la force RF est orthogonale au plan du support 20. Le module RFxl de composante RFx de la force RF qui est exercée suivant l'axe longitudinal X-X du corps 100 et qui est orientée de l'extrémité 191 vers l'extrémité 192 de la mine, est donné par la relation suivante Il Il désigne le module de la force de réaction RF. stylographe comprend un dispositif sensible à une force coopérant avec seconde extrémité 192 de la mine pour délivrer un signal électrique sortie dont valeurs continues sont représentatives de l'intensité de la force exercée sur première extrémité 191 de la mine. Les éléments du stylographe qui cooperent avec cette seconde extrémité 192 du stylographe sont représentes à la figure 1 dans un médaillon contenant un agrandissement de la partie stylographe où ils sont situés. dispositif sensible à une force comprend un élément sensible 11 dont la résistance électrique est variable en fonction de la pression mécanique à laquelle il est soumis. II s'agit par exemple d'un capteur commercialisé par la société INTERLINK ELECTRONICS sous la référence FSR 49. Un tel élément se présente sous la forme d'une pastille de polymère en forme de disque, de diamètre compris entre 5 mm et 10 mm et d'épaisseur comprise entre 0,2 mm et 0,5 mm. II présente une résistance électrique d'autant plus faible que la pression mécanique de pincement à laquelle il est soumis est forte. Cette pression mécanique s'exerce préférentiellement selon une direction sensiblement orthogonale au plan de la pastille. L'élément 11 est disposé entre une butée 12 solidaire du corps 100 du stylographe et la seconde extrémité 192 de mine. De cette manière, l'élément sensible 11 est pressé entre l'extrémite 192 de la mine et la butée 12. La butée 12 est exemple un épaulement ou une paroi du corps, faisant saillie radialement rapport aux parois corps 100 en direction de l'axe longitudinal X-X. raison de la rigidité de la mine 190, la force RFx intégralement transmise de la première extrémité 191 à la seconde extrémité de la mine 190. autrement, la mine 190 a pour fonction de transmettre force RFx depuis point de contact entre la mine du stylographe et le support vers l'élément sensible 11. Le dispositif comprend en outre un circuit formant pont diviseur, visible sur le schéma de la figure 4, et comprenant une résistance R1 de valeur fixée en série avec l'élément sensible 11 entre les bornes d'une source de tension continue telle qu'une pile 180. Le signal électrique de sortie S dispositif est la tension aux bornes de l'élément sensible 11 référencée rapport au potentiel de la borne négative de la pile 180. A la figure 4, on a également représente une unité de gestion 170 comprise dans le stylographe. Cette unité de gestion comprend d'une part la résistance R1 et d'autre part un microcontrôleur NC recevant le signal S sur une entrée IN et connecté aux bornes respectivement positive et négative de la pile par des entrées respectivement VCC et GND. On a également représenté une diode d'émission infrarouge (diode IR) 400, reliée par son anode à une sortie OUT du microcontrôleur NC et par sa cathode à la borne négative de la pile 180. L'unité de gestion 170 comprend des moyens pour coder numériquement des valeurs du signal électrique de sortie S représentatives de la force exercée sur l'extrémité 191 du stylographe. Ces moyens comprennent un convertisseur analogique/numérique du microcontrôleur NC qui est couplé à l'entrée Dans un exemple de réalisation, le signal électrique de sortie S est échantillonné à une fréquence d'échantillonnage d'environ 200 Hz. Le stylographe comprend aussi des moyens pour émettre des valeurs du signal électrique de sortie S par l'intermédiaire d'une liaison adaptée les valeurs continues du signal de sortie S, le cas échéant après numérisation, vers un récepteur distant du stylographe. Le programme pilotant le microcontrôleur permet alors d'encapsuler les données numériques résultant du codage dans un message qui est émis par l'intermédiaire de la diode IR 400. Préférentiellement, des valeurs du signal S sont codées sur un nombre de bits compris entre 4 à 8. Ceci permet de caractériser la force d'appui exercée sur le stylo par l'utilisateur par au moins 16 et au plus 256 niveaux différents, ce qui est suffisant dans de nombreuses applications, sans engendrer un volume trop important d'informations à émettre. Dans l'exemple représenté aux figures, cette liaison est une liaison sans contact par onde infrarouge. II peut aussi s'agir d'une liaison sans contact par onde radioélectrique dans le domaine radiofréquence ou autre. II peut encore s'agir d'une liaison filaire, bien que celle-ci présente l'inconvénient d'une liaison physique entre le stylographe et le récepteur. L'unité de gestion 170, la pile 1,80 et la diode IR 400 sont également visibles à la figure 1. Toutefois, par souci de clarté, les connexions électriques reliant ces différents éléments entre eux et avec l'élément sensible 11 n'ont pas été représentées sur cette figure. La diode IR 400 est de préférence orientée de manière son axe d'émission soit horizontale dans la position angulaire de fonctionnement habituelle du stylographe représentée à la figure 1. Le stylographe comporte préférentiellement un socle rigide 13 interposé entre la seconde extrémité 192 de la mine et l'élément sensible 11. socle a pour fonction de répartir la force RFx sensiblement régulièrement sur face de l'élément sensible 11 tournée vers l'extrémité 192 de la mine C'est pourquoi, la face du socle rigide 13 et la face de l'élément sensible 11 en regard l'une de l'autre sont de dimensions sensiblement identiques, de manière que la force RFx exercée par la seconde extrémité 192 de la mine 190 sur l'autre face socle rigide 13 soit sensiblement régulièrement repartie sur ladite face l'élément sensible 11. Dans un exemple, le socle rigide 13 est rendu solidaire de la seconde extrémité 192 de la mine par lamelles élastiques 13a et 13b. Celles-ci sont par exemple soudées sur le socle rigide 13. En variante, elles sont obtenues par découpage et pliage à partir d'une plaque métallique dans laquelle est réalisé le socle 13. Les lamelles et 13b sont préférentiellement disposées de part et d'autre de la mine, de maniere à la rendre solidaire du socle rigide 13 par pincement. On notera que la rigidité du socle 13 est propre à ne pas introduire d'élasticité dans la chaîne transmission de la force RFx vers l'élément sensible 11 qui serait préjudiciable à la précision du dispositif. L'élasticité de l'élément sensible 11 lui permet d'occuper une multiplicité d'états différents compris entre un état de repos (lorsque la force RFx exercée par l'extrémité 192 de la mine est nulle) et un état de compression maximale correspondant à une force maximale Fmax au delà de laquelle il ne change plus d'état. parle de dynamique d'entrée 0-Fmax pour désigner les valeurs du module la force (ici la composante RFx de la force de réaction RF ) faisant passer l'élément sensible 11 de l'état de repos à l'état de compression maximale. Dans l'état de repos, la résistance électrique de l'élément sensible est de l'ordre de 10 M. Dans l'état de compression maximale, elle est l'ordre de 1 Pour des valeurs F de la force de pression variant entre valeur nulle la valeur maximale Fmax, la résistance R de l'élément sensible varie de façon continue entre 1 kS2 et 10 M. Par exemple, pour une force pression F egale à 10% de la force maximale Fmax (c'est à dire telle que rapport FIFmax soit égal à 0, 1), la résistance R est égale à 100 kSI dispositif de préférence calibré pour que, en utilisation normale, une force d'appui moyenne exercée par l'utilisateur sur le stylo engendre une force correspondant au milieu de la caractéristique d'entrée de l'élément sensible. A la figure 3, on a représenté la caractéristique de sortie de l'élément sensible 11, c'est à dire la courbe de sa résistance R (exprimée en kS2) en fonction du rapport FIFmax (exprimé en pourcentage). Comme on le voit sur la figure 3, la caractéristique de sortie de l'élément sensible est sensiblement linéaire à partir de 10% de la force maximale Fmax. Afin de faire fonctionner le dispositif dans la zone linéaire de la caractéristique de l'élément sensible, le stylographe comprend préférentiellement des moyens de précontrainte permettant à la seconde extrémité 192 de la mine 190 d'exercer une force de précontrainte non nulle sur l'élément sensible 11 lorsque la force RFx exercée sur la première extrémité de la mine est nulle. Ces moyens comprennent une attache élastique agencée pour pincer le socle rigide 13 (rendu solidaire de la mine 190 par exemple par les lamelles élastiques 13a et 13b) contre l'élément sensible 1. De préférence, les moyens de précontrainte sont ajustables de manière a pouvoir ajuster l'intensité de la force de précontrainte. Ceci se réalise simplement en ajoutant une vis de réglage 15 à l'attache 14, cette vis prenant appui sur la face de la butée 12 opposée à l'élément sensible 11. Avantageusement, un réglage de la force de précontrainte réalisé pour chaque exemplaire du stylographe de manière à obtenir une valeur signal de sortie déterminée lorsque la force RFx exercée sur la première extrémité de la mine est nulle, permet d'éliminer les effets de la dispersion de caractéristique de l'élément sensible 11 ainsi que les effets des tolérances fabrication et de montage stylographe. De cette manière, l'exploitation signal électrique de sortie le microcontrôleur NC est identique pour tous exemplaires du stylographe fabriqués. préférence, la force de précontrainte est au moins égale à 10% de la valeur la force maximale Fmax pour laquelle l'élément sensible 11 est dans l'état de compression maximale. REVENDICATIONS 1. Stylographe comprenant un corps (100) présentant une ouverture 20), à l'intérieur duquel est logée une mine (190) dont une première extremité 91) peut déboucher vers l'extérieur du corps (100) par ladite ouverture 20), caractérisé en ce que la mine (190) est rigide et libre en translation suivant un longitudinal (X-X) du corps, et en ce que le stylographe comprend un dispositif (11, 170) sensible à une force coopérant avec une seconde extremité (192) de la mine pour délivrer un signal électrique de sortie (S) dont les valeurs continues sont représentatives de l'intensité d'une force (RFx) exercée la première extrémité de la mine. 2. Stylographe selon la revendication 1, caractérisé en ce le dispositif sensible à une force comprend un élément sensible (1 de résistance électrique (R) variable en fonction de la pression mécanique à laquelle il est soumis, disposé entre une butée (12) solidaire du corps (100) du stylographe et la seconde extrémité (192) de la mine (190). 3. Stylographe selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un socle rigide (13) interposé entre la seconde extrémité (192) de la mine et ledit élément sensible (11), la face du socle rigide (13) et la face de l'élément sensible (11) en regard l'une de l'autre étant de dimensions sensiblement identiques, de manière que la force exercée par la seconde extrémité (1 de la mine sur l'autre face du socle rigide (13) soit sensiblement régulièrement répartie sur ladite face de l'élément sensible (11). 4. Stylographe selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé ce qu'il comprend en outre des moyens de précontrainte (14), permettant à la seconde extrémité (192) de la mine d'exercer une force de précontrainte non nulle sur l'élément sensible (11) lorsque la force exercée sur la première extrémité de la mine est nulle. 5. Stylographe selon la revendication 4, caracterisé en ce que les moyens de précontrainte (14) sont ajustables de maniere à pouvoir ajuster l'intensité de la force de précontrainte. 6. Stylographe selon l'une des revendications 4 5, caractérisé en ce que la force de précontrainte au moins égale à 10% la valeur d'une force maximale (Fmax) pour laquelle l'élément sensible (1 est dans un état de compression maximale. 7. Stylographe selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le dispositif sensible à une force comprend en outre un circuit formant pont diviseur incluant l'élément sensible (11), le signal électrique de sortie (S) étant la tension aux bornes de l'élément sensible (11). 8. Stylographe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une unité de gestion (170) comprenant des moyens pour coder numériquement des valeurs du signal électrique de sortie (S). 9. Stylographe selon la revendication 8, caractérisé en ce que des valeurs du signal électrique de sortie (S) sont codées sur un nombre de bits compris entre 4 et 8. 10. Stylographe selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour émettre des valeurs du signal électrique de sortie (S) vers un récepteur distant du stylographe par l'intermédiaire d'une liaison adaptée. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que la liaison est une liaison sans contact, par onde infrarouge ou radioélectrique. 12. Stylographe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (100) comprend une partie principale (150) de forme sensiblement cylindrique et un embout (160) du côté de ladite première extrémité (120) du corps (100), l'embout comprenant moyens de guidage de la mine pour son mouvement suivant l'axe principal corps (100).