(57)【要約】【課題】  ボード上でのドローイング器具の位置を正確に決定できる高信頼性、低コストのデジタイザーシステムを提供する。【解決手段】  ボードまたはスクリーン表面に関連する間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバを含むボードまたはスクリーンデジタル化システムと、断続的な信号トランスミッタを含むハンドヘルド装置において、所定の第１の間隔で信号が送信されるハンドヘルド装置の追跡方法であって、間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれにより、時間を参照しない複数の超音波信号を収集するステップと、時間を参照しない超音波信号のそれぞれに対してハンドヘルド装置の位置を計算することにより、ハンドヘルド装置を追跡するステップとを含む方法からなる。【選択図】  図１６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボードまたはスクリーン表面に関連する間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバを含むボードまたはスクリーンデジタル化システムと、断続的な信号トランスミッタを含むハンドヘルド装置において、所定の第１の間隔で信号が送信されるハンドヘルド装置の追跡方法であって、間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれにより、時間を参照しない複数の超音波信号を収集するステップと、時間を参照しない超音波信号のそれぞれに対してハンドヘルド装置の位置を計算することにより、ハンドヘルド装置を追跡するステップとを含む作動方法。
【請求項２】
信号を受信した後、前記間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれの受信が、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔の間停止される請求項２に記載の作動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタイザーに関する。さらに詳しく言えば、本発明は、プレゼンテーションボードおよびペンとともに使用して、ボード上に手で描く線をデジタル化するためのハンドヘルド装置の作動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
技術的に進歩した映像音声装置の使用に伴い、ここ１０年の間で、グループ環境でのデータのプレゼンテーションは高度にデジタル化されてきた。したがって、このようなプレゼンテーションの場で、ホワイトボードのような従来のドローイングボードを使用する頻度が急速に少なくなっている。
それでも、プレゼンターの中には、グループ会議中にアイディアを提示し膨らませるために、マーカとホワイトボードの組み合わせの使用を好む人がいる。このような手段により提示される情報を記録できるように、いくつかのデジタル化ホワイトボードシステムが開発されてきた。
このようなシステムは、通常、ハンドヘルド装置からの信号を処理するためのトランスミッタおよびレシーバの組み合わせを用いる。これらの装置により生じる書き込み動作がトレースおよび記録され、その結果として、テキストおよびグラフィックの会議内容をデジタル化でき、コンピュータに転送できる。
【０００３】
平坦な表面上でのハンドヘルド装置またはスタイラスの位置を決定するために、さまざまな技術が用いられている。特許文献１〜５のすべてに、ペンと関連する振動要素がボードの材料を介して振動を伝達するシステムが開示されている。振動は、ボードに取り付けたトランスデューサにより検出され、ペンの位置は、振動がボードを伝わる伝達時間から計算される。これらのシステムは、振動がボードへと伝わるように、ボードとペンが接触しているときのみ本質的に機能する。その結果、書き込み中と非書き込み中のペンの動きを区別するための特別な機構が必要とされない。
これらのシステムは、ボードを伝わる電圧時間が均一でないため、一般的に精度が悪い。実際、非常に特殊なボード構造が必要となるため、これらのシステムは高価で利便性の悪いものとなる。
別のアプローチとして、空気伝播超音波信号の使用が挙げられる。特許文献６〜１０のすべてに、このようなシステムの例が記載されている。
【特許文献１】米国特許第４，５６４，９２８号
【特許文献２】米国特許第４，８８６，９４３号
【特許文献３】米国特許第４，９１０，３６３号
【特許文献４】米国特許第５，０７３，６８５号
【特許文献５】米国特許第５，０９７，１０２号
【特許文献６】米国特許第４，７７７，３２９号
【特許文献７】米国特許第４，８１４，５５２号
【特許文献８】米国特許第４，５０６，３５４号
【特許文献９】米国特許第４，７５８，６９１号
【特許文献１０】ＰＣＴ／ＩＬ９８／０００９３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらのシステムは、ボードに関係して固定され、および可動式書き込み器具上に固定された２点に配設された超音波トランスミッタとレシーバのさまざまな組み合わせを用いる。この場合、可動器具の位置は三角測量により得られる。これらのシステムは、通常、超音波の飛行時間計算に要するタイミング情報を与えるために、可動器具とベースユニットとの間に、赤外線リンクのような有線または電磁気リンクを追加する必要がある。また、可動要素がボードと接触しているときを確認するのに、スイッチを追加する必要がある。
これらのシステムは、通常、比較的小型のボードに限定される。これは、正確な測定値が得にくくなる信号対雑音比（ＳＮＲ）の制限によるためである。口笛のようなうるさい音を伴うことなく、使用する超音波の音量を非常に高くすることはできない。さらに、ワイアレスシステムでは、電力を考慮することで、伝達される音量が著しく制限される。したがって、信頼できる位置情報を得るには、トランスミッタとレシーバとの間の距離を短い状態のままに維持しなければならない。一般的に、大型ボードの異なる領域で異なるレシーバのセットを使用しようとすると、可動要素が１つの領域から別の領域へと移るときに不連続な部分が生じてしまう。
これらのシステムの別の欠点として、破線を描く場合のように、ペンのストロークが短時間で中断されている状態を再現できないことが挙げられる。通常、ペンが作動していない状態のとき、ペンのトランスミッタまたはレシーバ要素はオフにされ、ボードとペンが接触するたびに再度作動状態にされる。このとき、システムは、正確な応答を行う前にほんの一瞬再同期に時間がかかる。ストロークが短い場合、作動ストロークの長さは、システムの応答時間と比較されることにより、得られる結果が非常に低質のものとなる。
【０００５】
いくつかの空気伝播超音波デジタイザーシステムのさらなる問題として、ドローイング器具またはスタイラスの側面に非対称的に超音波トランスミッタまたはレシーバ要素が設けられていることが挙げられる。その結果、測定された位置と実際のドローイング位置との間に、ドローイング器具が回転して変化する方向にずれが生じてしまう。これにより、不連続な部分が生じ、ストローク間でドローイング器具の位置に変化があるとき、デジタル化画像での書き込みが判読できないものになることがある。
さらに、従来のプレゼンテーションボードデジタイザーシステムは、通常、特別に製造した書き込み器具とともに使用することに限定されている。したがって、ペンの寿命は非常に制限されたものであるため、システムが非常に高価なものとなる。インクカートリッジが別々に取り替え可能なものであっても、使用する構成部品は、互換性のある非常に特殊なデザインのものでなければならない。
最後に、書き込み部分の先端部が色付きのスタイラスは、一般に、異なる先端部を記録システムが区別できないため、単色の先端部しか使用できず、さまざまな色や異なる機能を備えた先端部を用いることができない。
したがって、従来のすべてのサイズのプレゼンテーションボードで使用可能であり、ボード上でのドローイング器具の位置を正確に決定できる高信頼性、低コストのデジタイザーシステムが必要である。以下の明細書において、本発明により得られるさらなる必要性および改良を記載する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、ボードまたはスクリーン表面に関連する間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバを含むボードまたはスクリーンデジタル化システムと、断続的な信号トランスミッタを含むハンドヘルド装置において、所定の第１の間隔で信号が送信されるハンドヘルド装置の追跡方法であって、間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれにより、時間を参照しない複数の超音波信号を収集するステップと、時間を参照しない超音波信号のそれぞれに対してハンドヘルド装置の位置を計算することにより、ハンドヘルド装置を追跡するステップとを含む方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、信号を受信した後、前記間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれの受信が、前記第１の時間間隔よりも短い第２の時間間隔の間停止される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、各レシーバにより収集される背景信号が減少し、システムの信号対雑音比が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、本願明細書において、添付の図面を参照しながら例示的目的のみにより記載される。
本発明は、ボードまたはスクリーン上でのハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するために使用可能な処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに用いるハンドヘルド装置に関する。さらに詳しく言えば、本発明は、プレゼンテーションボードの面上に描かれたグラフィックまたはテキストデータをデジタル化し、コンピュータスクリーンなどのスクリーンに関してアノテーションをデジタル化するために使用可能である。
図１４から図２１に示されている本発明をより深く理解するために、ＰＣＴ／ＩＬ９８／０００９３から再現した図１から図１３に示す従来（すなわち従来技術）のハンドヘルド装置の構造および動作を最初に参照する。
【０００９】
図１は、従来技術の教示により構成され作動する概して参照符号１０で示されたプレゼンテーションボードデジタイザーシステムを示し、異なる超音波レシーバのグループの領域間での切り換えゾーンを示す。
一般的に言えば、システム１０は、複数の超音波レシーバアセンブリ１４、１６および１８が設けられた、従来の任意のタイプのものであってよいプレゼンテーションボード１２を特徴とする。超音波レシーバアセンブリ１４、１６および１８は、サイズや厚みが異なるプレゼンテーションボードに取り付けやすいようにされたストリップ２０に装着されることが好ましい。このような取り付けは、任意のタイプのクランプやクリップで行われてよい。また、ストリップ２０は、赤外線（ＩＲ）レシーバ２２を特徴とする。ボード１２から離れて発生する音や放射から超音波レシーバアセンブリ１４、１６および１８およびＩＲレシーバ２２を遮断するために、カバー（図示せず）が設けられることが好ましい。システム１０は、超音波と赤外線の両方のトランスミッタを備える可動要素とともに動作し、その一例を以下に詳細に記載する。可動要素の現在の位置は、三角測量により可動要素からレシーバアセンブリへの超音波信号の飛行時間(Time-Of-Flight(ＴＯＦ))から得られる。ＩＲ信号は、同期情報を与えるとともに、例えば、使用しているペンの色などの追加情報を備える。
【００１０】
原則として、超音波レシーバが２つあれば、ボード１２に接触する可動要素の位置を独自に決定できる。しかしながら、大型のボードの全領域にわたって信頼性のある超音波の受信を行うために、システム１０は、２セット以上のレシーバを用いる。したがって、図示するシステムにおいて、一対の超音波レシーバアセンブリ１４および１６として、第１のセットのレシーバが規定され、一対の超音波レシーバアセンブリ１６および１８として、第２のセットのレシーバが規定される。明らかに、このように規定された第１のセットの超音波レシーバは、可動要素がＡで示す第１の領域にあるとき、トランスミッタからの超音波信号を受信するように配置され、第２のセットの超音波レシーバは、可動要素がＣで示す第２の領域にあるとき、信号を受信するように配置されている。このように、可動要素が領域Ａにあるときは、超音波レシーバアセンブリ１４および１６の出力から、さらに可動要素が領域Ｃにあるときは、超音波レシーバアセンブリ１６および１８の出力から、可動要素の位置を導き出すことにより、最適な精度および信頼性が得られる。
可動要素がボード１２を横切るとき、その位置の追跡に不連続な部分が生じる可能性がないように、領域Ａと領域Ｃの間にＢで示す切り換えゾーンを設ける構造がある。切り換えゾーンＢ内において、可動要素の現在の位置は、第１および第２のセットのレシーバの出力から計算された位置の重み関数を基に導き出される。重み関数は、可動要素が第１の領域Ａと境界をなすとき、第１のセットのレシーバから計算された値に近く、可動要素が第２の領域と境界をなすとき、第２のセットのレシーバから計算された値に近いように、切り換えゾーンＢを横切る際に位置が滑らかに変化する。
【００１１】
図２は、ボード１２を横切る際の距離に対する重み関数の一般的な変化を示す。同図において、プロット２４は、第１のグループの超音波レシーバに適用された重み係数に相当し、プロット２６は、第２のグループの超音波レシーバに適用された重み係数に相当する。この例において、切り換えゾーンＢ内の変化は線形として示されている。しかしながら、必要に応じて、より複雑な他の関数が使用されてよい。領域Ａ内において、プロット２４は１で一定であり、プロット２６は０であるのに対して、領域Ｂ内において、これらの値は逆になる。
記載したシステムにより可動要素の現在の位置を計算するには、位置の関数である重み係数を計算する必要があることに留意されたい。このような明らかな計算の循環は、さまざまな方法で回避されてよい。最も簡潔には、位置は短いインターバルで繰り返し測定されるため、新しい現在の位置は、前に測定した位置から比較的わずかな距離にあると仮定してもよい。したがって、次の測定の重み係数を計算するために、最後に測定した位置を用いてもよい。この代わりとして、または初期測定を行うために、各セットに対して、例えば、０．５などの任意の重み係数で近似測定が行われてよい。
【００１２】
切り換えゾーンのアルゴリズムに加え、ある程度の測定の冗長部を与えるように、十分に近くに超音波レシーバが設けられることが好ましい。この冗長部は、精度の自己テストを行い、一時的に起こる可能性のある何らかの誤り測定を確認するために用いられる（通常、切り換えゾーンの考慮とは別個のもの）。
さらに詳しく言えば、レシーバ１４、１６および１８が等間隔Ａをもつ同一直線上にあり、ＴＯＦ計算により測定される各レシーバからの距離がそれぞれ、ｓ１、ｓ２およびｓ３であれば、単純な三角法により以下の式が得られる。
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この合計を計算することにより、３つの同時のＴＯＦ測定が得られると、システムは、許容範囲内の精度のマージン内で機能していることを継続的にテストできる。重大な誤差が見つかる場合、統計に基づいたさらなる自己分析アルゴリズムが実行されて、どのレシーバが誤り読み取りを発生したかを確認し、そのレシーバを位置計算から一時的に排除してもよい。
【００１３】
以下、図３および図４を参照して、プレゼンテーションボードデジタイザーシステムとともに使用する概して参照符号３０で示した超音波レシーバアセンブリのデザインについて記載する。
一般的に言えば、超音波レシーバアセンブリ３０が、プレゼンテーションボードの表面３４に隣接して設けられた第１の超音波レシーバ３２と、表面３４にほぼ垂直の方向に第１の超音波レシーバ３２から変位させて設けた第２の超音波レシーバ３６とを含む。
第１および第２の超音波レシーバ３２および３６は、受信する超音波信号の振幅の瞬間合計に相当する全出力信号を発生するように接続される。通常、これは、単純なトランスデューサの場合、出力電圧が加算されるように直列に接続して行われる。
【００１４】
図４は、表面３４に垂直な表面の入射角をもつアセンブリ３０の感度の変化の極座標のプロットを示す。加算される場合、２つのレシーバに達する超音波振動間の位相差により、図示されているような、入射角をもつアセンブリ３０の感度の明白な変化が生じる。さらに詳しく言えば、アセンブリ３０の最大感度は、レシーバ３２と３６との間の対称面に相当する図４の主ローブの中心にある面に生じる。この面から入射する２つのレシーバに到達する信号の経路と位相差は必ずゼロであるため、最大の振幅出力信号が得られる。表面３４から大きな角度で入射する音からアセンブリ３０を遮断するカバー要素（図示せず）を用いて、ｎ＝１の副ローブからの受信は最小限に抑えられることが好ましい。
上述したようにアセンブリ３０を配設することにより、最大感度の面は、表面３４に対してほぼ平行に向けられ隣接する。これは、プレゼンテーションボードの付近から入射する信号（Ｓ2）を受信するのに理想的である。逆に、アセンブリ３０は、プレゼンテーションボードからさらに離れた位置から入射する信号（Ｓ1）に対して、非常に低い感度を示す。これらの方向性の特性により、デジタイザーシステムにとって重要な超音波信号の隔離が非常に容易になり、信号対雑音比が高められる。これにより、強度の低いトランスミッタおよび／または大型のボードを使用でき、広範囲にわたる一般的なノイズ源により生じる問題を解決できる。表面３４に平行なアセンブリ３０の感度プロファイルは、個々のレシーバのプロファイルに類似するほぼ全方向性のままであることに留意されたい。
【００１５】
以下、図５から図７を参照して、デジタイザーシステムにおいてドローイング器具４２とともに使用する概して参照符号４０で示したトランスミッタ装置について記載する。
一般的に言えば、トランスミッタ装置４０が、中央孔５０を有する環状の楔形表面４８で下端が終端するほぼ円筒状の開口部４６を備えたハウジング４４を含む。ドローイング器具４２は、作動先端部５２が孔５０を延伸して開口部４６内に受け入れられる。
また、トランスミッタ装置４０は、ハウジング４４内の適所にドローイング器具４２を保持するための開口部４６の上端に取り付け可能なカバーの形状のリテイナー５４を含む。リテイナー５４は、ドローイング器具４２を環状の楔形表面４８の方向にバイアス付与するためのばね要素５６を特徴とする。超音波トランスミッタ５８は、孔５０に近接したハウジング４４の下面に設けられる。ばね要素５６には、ドローイング器具の後端を中心に合わせる特徴を備えた有形の隣接表面６０が設けられることが好ましい。通常、隣接表面６０は、ほぼすべてのプレゼンテーションボード用のペンに共通する後方の軸方向レセスと係合することにより、ドローイング器具を中心合わせするように、図示するような軸方向の円錐突出部を備える。この代わりとして、隣接表面６０は、ドローイング器具の後部を中心合わせするために、円錐レセスまたは他の特徴の形状をもつものであってよい。
【００１６】
環状の楔形表面４８と隣接表面６０を備えたばね要素５６とを組み合わせることにより、ハウジング４４の側面に接触させることなく、円筒状の開口部４６内の中心に整列させて一定の長さと幅をもつドローイング器具を保持することに留意されたい。このように配設することにより、ドローイング器具の幅の変動に影響を受けないトランスミッタ装置４０が得られる。また、ハウジング４４の側面と摩擦接触しないことは、以下に記載するように、接触感知マイクロスイッチを有効に動作させるために重要である。
超音波トランスミッタ５８は、中央孔５０の周囲にあるハウジング４４の下端に取り付けられたほぼ円筒状の圧電トランスミッタ要素として形成される。このように配設することにより、使用中に、円筒状のトランスミッタが、ドローイング器具４２と同軸になり、作動先端部５２に近接するドローイング器具４２の一部の境界を定める。このような配設が対称的なものであることにより、ドローイング器具４２の位置のＴＯＦ測定は、トランスミッタ装置４０の軸回転から完全に独立したものとなる。さらに、作動先端部５２の位置は、トランスミッタの円筒部の半径寸法をＴＯＦから計算した値に加算することにより非常に正確に求めることができる。
【００１７】
また、トランスミッタ装置４０は、通常、ＩＲトランスミッタ６０などの電磁通信リンクからなる少なくとも１つの要素を特徴とし、このようなトランスミッタを４つ程ハウジング４４の下端を取り囲んで間隔をおいて設けることが好ましい。これにより、少なくとも１つのＩＲトランスミッタは、いつでもプレゼンテーションボード上に載置されたＩＲレシーバに面するように正確に方向付けされる。ボードに載置されたトランスミッタおよび装置４０でＩＲインクが形成される逆の配設も応用可能であることに留意されたい。３つの超音波レシーバが各位置の計算に使用される場合、ＩＲインクは全く必要としなくてよい。しかしながら、上述した配設は、トランスミッタ装置に複雑なＩＲ信号処理回路を必要とせずに、純粋に超音波に基づいたシステムよりも高精度を与えるために好ましい。さらに、ＩＲトランスミッタにより、ペンの色などの付加的な情報を伝達できる。
超音波トランスミッタ５８およびＩＲトランスミッタ６０は、電池式の電子回路の制御下で作動される。電子回路および電池はともに、ハウジング４４の区画６２に配置される。
トランスミッタ装置４０は、作動先端部５２と書き込みボードの表面との間の接触を検出するためのスイッチを特徴とする。このスイッチは、電子回路に関連し、超音波トランスミッタ５８とＩＲトランスミッタ６０を作動させるために用いられる。このスイッチは、ドローイング器具４２が環状の楔形表面４８に対してかける力の変化に応答するように位置付けられたマイクロスイッチとして形成される。
【００１８】
図６Ａから図６Ｃは、概して参照符号６４で示す上述したようなマイクロスイッチの構造を示す。マイクロスイッチ６４は、３つの機能層から形成される。第１に、ベース層６６が、ベース層６６の中心を囲んで間隔をおいて設けられた単一の外周コンタクト６８と、共通するコンタクトのセット７０であるマイクロスイッチの２つの端子を与える。ベース層６６の上部には、コンタクト７０に対向する切欠穴７４をもつ伝導性の弾性フォーム７２がある。フォーム層７２の上方には、第３の剛性伝導層７６がある。伝導層７６は、穴７４と整列する小さな伝導性の下向き突出部７８を備える。ベース層６６に、環状の楔形表面４８と一体形成される上側カバー８０が緩く取り付けられて、スイッチを動作させる十分な垂直運動を可能にしながら、構造体を一体にする。各層は、図５の孔５０に一緒に対応する中央孔を備える。
非圧縮状態において、外周コンタクト６８とフォーム層７２との間、そしてフォーム層７２と上部伝導層７６との間に、伝導コンタクトが形成される。しかしながら、フォーム層７２の厚みにより、突出部７８と内側コンタクト７０との間が接触しないため、スイッチは開状態に維持される。マイクロスイッチ６４を圧縮するように圧力がかけられる場合、突出部７８が内側コンタクト７０と接触するまでフォーム層７２が圧縮されることにより、スイッチが閉状態になる。原則的に、圧力を解放することにより、フォーム層は初期状態に戻るため、回路が遮断される。しかしながら、実際は、フォーム材料の緩和応答時間は、通常、非常に遅い。このため、圧力が解放されるとき、上部伝導層７６がすぐに持ち上げられて回路が遮断されるように、ベース層６６と上部伝導層７６との間にばね８２が装着される。
【００１９】
ドローイング器具４２が使用中でないとき、ばね要素５６がドローイング器具４２を環状の楔形表面４８に対して下方に押し下げて、マイクロスイッチ６４を閉じることは明らかであろう。ドローイング器具４２がプレゼンテーションボード上に描くために使用される場合、ドローイング器具４２の作動先端部５２上にハウジング４４の方向へと力がかかり、ドローイング器具４２がばね要素５６をわずかに跳ね返す。これにより、環状の楔形表面４８にかかる圧力が低減し、マイクロスイッチ６４の回路が開く。トランスミッタ装置４０の電子回路は、マイクロスイッチ６４の開動作に少なくとも応答して、トランスミッタ装置４０により送信される信号に影響を与える。
図６Ｂは、超音波トランスミッタ５８とＩＲトランスミッタ６０とともに組み立てられたマイクロスイッチ６４を示す。図６Ｃは、中央孔５０に挿入されたドローイング器具の端部を把持するように、環状の楔形表面４８内に取り付けられた一対のばね要素８４を示す。これにより、マイクロスイッチ６４の上層は、ドローイング要素４２の動きに感応する。
マイクロスイッチ６４に関して、スイッチの正確な動作は、ばね要素５６に対するドローイング器具４２の軸運動の自由度に左右される。このため、ばね要素５６は、リテイナー５４が取り付けられる場合、完全に圧縮されないことが重要である。
【００２０】
図７は、リテイナー５４をハウジング４４に取り付けるための構造の一例を示し、この構造では、完全に係合するときに解放マージン９０を与える形状をもつチャネル８８と横方向の突出部８６が係合している。解放マージン９０は、マイクロスイッチ６４の運動が少なくとも十分な動作範囲をもつことができるような大きさである。
図１１に、トランスミッタ装置４０の第２のオプションが示されている。図５に示す構造と同様に、装置４０は、ドローイング器具４２とともに使用するためのものである。また、トランスミッタ装置４０は、円筒状の開口部４６を備えるハウジング４４を特徴とする。しかしながら、この場合、円筒状の開口部４６は、下端がガスケット１３４で終端している。ガスケット１３４は、中央孔１３６を特徴とし、この中央孔をドローイング器具４２の作動先端部５２が延伸する。
リテイナー５４の代わりに、トランスミッタ装置４０は、ホルダ１３８である異なるタイプのリテイナーを特徴とする。ホルダ１３８は、ヒンジ１３７でハウジング４４の上端にヒンジ留めされ、ドローイング器具４２を開口部４６内のほぼ中心の位置に維持するように作用する。ホルダ１３８は、固定ピン１３９によりハウジング４４に固定される。ホルダ１３８は、ドローイング器具４２をガスケット１３４の方向にバイアス付与するためのばね要素１４０を特徴とする。ガスケット１３４の付近に位置する第２のばね要素１４２により、さらなるバイアスが付与され、ドローイング器具４２を開口部４６内の中心に合わせる。ばね要素１４０は、第２のばね要素１４２よりも強力なものである。また、ドローイング器具４２には、カバー１４３が設けられる。
【００２１】
ドローイング器具４２を中心位置に保持するために、ホルダ１３８は、上部のバイアス付与要素１４４を備える。上部のバイアス付与要素１４４は、図１２Ａおよび１２Ｂに示すような２つの形状の１つであってよい。図１２Ａは、軸方向の円錐突出部１４６をもつ上部バイアス付与要素１４４を示し、ほとんどのプレゼンテーションボード用ペンに共通する後方の軸方向レセス１４８と係合することにより、ドローイング器具４２の中心を合わせる。しかしながら、この実施形態は、ペンごとに軸方向レセス１４８の直径が均一でないため、軸方向レセス１４８が特定の直径をもつプレゼンテーションボード用ペンとの使用のみに潜在的に限定される。この代わりとして、好ましくは、上部バイアス付与要素１４４は、図１２Ｂに示すように、ドローイング器具４２の上端が挿入されるレセス１５０を特徴とする。この第２の構造は、これらのペンの外径が概して均一であるため、ほとんどのプレゼンテーションボード用ペンとともに使用可能であるという利点を備える。
【００２２】
上部バイアス付与要素１４４、ガスケット１３４およびばね要素１４０および１４２を組み合わせることにより、ハウジング４４の側面とほぼ接触することなく、円筒状の開口部４６内で中心を整列させて、さまざまな長さおよび外径をもつドローイング器具を保持できるという利点が得られる。図５に対して上述したように、ハウジング４４の側面と摩擦接触しないことは、接触感知マイクロスイッチ１５２を有効に動作するためにも重要なことである。
また、ホルダ１３８は、ピン１５４とプリント回路基板１５６である２つの部品を有する圧力感知要素１５２を備える。ピン１５４は、上部バイアス付与要素１４４と接触して、ドローイング器具４２とプレゼンテーションボードとの間が接触したときを感知する。組み合わせて、これらの２つの部品により、トランスミッタ装置４０はプレゼンテーションボードとの接触がなされたときを感知できる。
また、トランスミッタ装置４０は、図５に示す構造と同様に、超音波トランスミッタ５８とＩＲトランスミッタ６０を特徴とする。超音波トランスミッタ５８とＩＲトランスミッタ６０は、電池１６０による電池式のものが好ましい電子回路１５８の制御下において作動される。電子回路１５８および電池１６０はともに、ハウジング４４のホルダ１３８に配置される。
【００２３】
図８Ａから図８Ｃを参照して、以下、トランスミッタ装置４０の送信プロファイルについて記載する。図８Ａは、時間の関数としてマイクロスイッチ６４により測定されたドローイング要素４２のコンタクトプロファイルを表す。第１の期間１００の間、ドローイング器具４２は、連続した形状を描くために長い期間プレゼンテーションボードと接触した状態に保たれる。次に、第２の期間１０２の間、ドローイング器具４２は、破線を形成するために一連の短い別々のストロークで使用される。
上述したように、デジタイザーシステムの中には、各ペンストロークの開始時を拾い上げる際に大幅な遅延が生じるという問題を被るものがある。これは、トランスミッタがペンの接触が始まるたびに作動し、ペンの接触が終わるたびに中断するためである。その結果、各ペンストロークは、レシーバシステムが送信された信号と同期しロックするまでの間の不動時間がある状態で開始する。図８Ｂに、このシステムの結果が示されている。期間１００の間は、その影響はあまり深刻なものではない。期間の開始時にわずかな信号の損失があるが、大部分のストロークは十分に記録されている。しかしながら、期間１０２の間、システムの応答時間は、ペンストロークの長さと比較できる。その結果、破線はほとんど完全に失われている。
【００２４】
この問題を解決するために、各ペンストロークが終了した後、所与の期間、トランスミッタ装置４０とレシーバシステムとの間に同期が維持される。通常、これは、マイクロスイッチ６４が、外側ハウジングにかかる力をドローイング器具の作動先端部の方向に示すのを中止したあと、所与の時間間隔にＩＲトランスミッタ６０の動作を継続する電子回路により行われる。遅延期間中、電子回路が超音波トランスミッタ５８を作動不能にすることにより、またはペンの非接触状態を示すようにＩＲ信号の内容を変更することにより、誤ったドローイング信号が避けられる。
図８Ｃは、上述したようなトランスミッタ装置４０の応答プロファイルを示す。単一のペンストロークの最初の期間の間、この応答はあまり広範囲のものではない装置と類似している。しかしながら、短い繰り返しストロークが始まると、トランスミッタ装置４０は、短い連続するストローク間で同期を維持することにより、マイクロスイッチ６４が切り換えられるとすぐに正確な応答が得られる。
【００２５】
以下、図９を参照して、プレゼンテーションボードデジタイザーシステムとともに使用する概して参照符号１０４で示すイレーザについて記載する。デジタイザーシステムとともに使用するイレーザ要素に関する主要な問題として、一般的にイレーザ表面の一部のみしか実際使用しないことが挙げられる。デジタイザーは、通常、イレーザの平坦部の接触と縁部の接触とを区別できないため、デジタル化された画像には、プレゼンテーションボードから実際に消された消去面積よりもかなり大きな部分が示されることが多い。この問題を解決するために、イレーザ１０４の構造を、イレーザの表面がプレゼンテーションボードの表面に平行になるように自己方向付けされるようなものにする。これにより、イレーザ要素の接触面積が常に正確に画定される。
したがって、イレーザ１０４が、ハンドル１０６と、ほぼ平坦なイレーザ表面１１０を有するイレーザ要素１０８を備える。ハンドル１０６とイレーザ要素１０８は、２つの回転自由度をもつ、通常、ボールソケット形のピボットジョイント１１２により接続される。ピボットジョイント１１２を使用することにより、使用中に、イレーザ要素１０８が、ハンドル１０６が保持されている向きと実質的に関係なく、イレーザ表面１１０の向きをプレゼンテーションボードの表面に対して平行なものとする。
【００２６】
また、イレーザ１０４は、上述したトランスミッタ装置４０と類似したトランスミッタ装置の特徴を備える。これらは、円筒状の超音波トランスミッタ要素１１４と、複数のＩＲトランスミッタ１１６と、電子回路／電池ブロック１１８を含む。ばね付きピンアセンブリ１２０により、ハンドル１０６がピボットジョイント１１２に接続される。ハンドル１０６とイレーザ要素１０８との間の接触圧力を感知するために、ピンアセンブリ１２０の台座に圧力感知マイクロスイッチ１２２が装着される。電子回路１１８からトランスミッタ１１４および１１６への配線は、ピンアセンブリ１２０内の軸方向に、ピボットジョイント１１２を通過するように設けられることが好ましい。
イレーザ表面１１０の形状は円形であり、円筒状の超音波トランスミッタ要素１１４は、その軸がイレーザ表面１１０の中心と整列するように配設される。このように配設することにより、円筒部の半径をＴＯＦ測定に追加することで、イレーザの円の中心、すなわち、イレーザ表面１１０で覆われた領域全体を正確に確認できる。したがって、イレーザ１０４では、他の従来の装置で達成可能であるものよりも消去面積をかなり高精度に決定できる。
【００２７】
図１３に、イレーザ１６２の第２の実施形態が示されている。イレーザ１６２は、特に幅が狭い面積の小面積を消去するために選ばれ、「狭帯域イレーザ」と呼べる。イレーザ１０４と同様に、イレーザ１６２は、ハンドル１６４と、ほぼ平坦なイレーザ表面１６８を有するイレーザ要素１６６とを備える。しかしながら、ハンドル１６４は、圧力感応要素１７０によりイレーザ要素１６６に接続されている。圧力感応要素１７０は、ばね１７２を含むことで、イレーザ表面１６８の少なくとも一部分がプレゼンテーションボードに接触すると、タッチスイッチ１７４に信号が送信される。タッチスイッチ１７４は、プリント回路基板１７６と電気回路１７８とを含むことにより、イレーザ表面１６８がプレゼンテーションボードに接触しているときをタッチスイッチ１７４が確認することができる。これは、イレーザ１０４の圧力感知マイクロスイッチ１２２に類似している。
プレゼンテーションボードとの接触を確認する別の方法では、イレーザ１６２の以下の特徴を利用する。イレーザ表面１６８は、イレーザ表面１６８の各端部にほぼ位置する２つの接触マイクロスイッチ１８０を備え、これらは、図６の接触マイクロスイッチ６４と機能的にほぼ類似するものである。１つの接触マイクロスイッチ１８０しかプレゼンテーションボードとの接触を感知しなければ、例えば、文字のような、小面積しか消去されないことになる。しかしながら、両方の接触マイクロスイッチ１８０がプレゼンテーションボードとの接触を感知すれば、イレーザ表面１６８の長さと幅をもつゾーンが消去されることになる。
【００２８】
イレーザ１０４と同様に、イレーザ１６２もトランスミッタ装置の特徴を備える。さらに詳しく言えば、イレーザ１６２は、ハンドル１６４に配置され、好ましくは、ハンドル１６４のほぼ各端部に配置された少なくとも１つ、好ましくは２つの円筒状の超音波トランスミッタ１８２を備える。ハンドル１６４に各超音波トランスミッタ１８２が配置されるため、イレーザ１６２は、また各超音波トランスミッタ１８２の超音波伝導管１８４を特徴とする。各超音波伝導管１８４は、ハンドル１６４からイレーザ要素１６６へと延びることから、各超音波トランスミッタ１８２からの超音波信号は下方に送信される。また、イレーザ１６２は、各超音波トランスミッタ１８２に対してリフレクタ円錐体１８６を備える。リフレクタ円錐体１８６はイレーザ要素１６６に配置されて、すべての方向に超音波を反射することが好ましい。
また、イレーザ１６２は、ハンドル１６４の各端部にほぼ位置する２つの赤外線トランスミッタ１８８を備える。各赤外線トランスミッタ１８８は、同様にハンドル１６４に設けられ、リフレクタ円錐体１８６と同様の働きをする赤外線リフレクタ１９０を備える。
【００２９】
以下、図１０を参照すると、同図は、プレゼンテーションボードデジタイザーシステムとともに使用するトランスミッタ装置のさらなる実施形態の動作の原理を示す。この装置は、上述したトランスミッタ装置４０に一般的にほぼ類似したものであるが、異なる点は、マイクロスイッチ６４がなく、その代わりに、ボードを伝わる振動を伝達することにより、ペンとボードの接触を確認する。
前述したように、ボードを伝わる伝達を用いるデジタイザーシステムでは、精度が落ち、特定のボードデザインに依存するという問題が生じる。しかしながら、これらのシステムは、ペンとボードの接触を固有に確認するという主な利点を備える。この例との関係で上述した従来技術の装置では、単に接触を検出するためのボード伝達検出を用いて、この特徴と、空気伝播超音波システムにより与えられる精度およびボードデザインからの独立のすべての利点とが組み合わされる。
したがって、この実施形態は、ボードを伝わるトランスミッタからの振動を検出するために、ボードに関連するトランスデューサ（図示せず）を追加して、図１のものに本質的に類似したプレゼンテーションボードシステムとともに使用されてよい。この場合、レシーバシステムのプロセッサは、トランスミッタの現在の位置を計算するために、空気伝播超音波レシーバからの出力と、ドローイング器具とボードとの間の接触を確認するために、ボードに搭載されたトランスデューサからの出力に応答することにより、ドローイング器具の作動ストロークを確認する。
【００３０】
図１０に、このシステムの原理が明確に示されており、同図において、プロット１３０は、超音波レシーバアセンブリの１つからの信号を表し、プロット１３２は、ボードに搭載されたトランスデューサからの信号を表す。プロット１３０は、この実施形態によれば、ペンが使用中の間中トランスミッタが持続して動作するため、連続したパルスシーケンスを示す。一方、プロット１３２は、ボードとペンが接触している期間中、対応するパルスを記録しているだけである。通常、プロット１３２の信号の品質の方が劣っているが、接触または非接触の状態が確認できれば十分である。
本発明によるハンドヘルド装置とデジタル化システムの原理および動作は、図１４から図２１および添付の記載を参照してより理解されよう。
本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明は、以下の記載に示され、または図面に示されている構造の詳細および構成部品の配列に本発明の応用の点で限定されるものではないことを理解されたい。本発明には他の実施形態があり、また、本発明は、さまざまな方法で実施または実行可能なものである。また、本願明細書で用いる表現および用語は、説明を目的としたものであって、限定を加えるものとみなされるべきではない。
【００３１】
本発明により、上述した従来技術のデジタル化システムにいくつかの改良が施されることで、このようなシステムがより高精度および／または使用の快適性を備えることができる。
したがって、一態様によれば、本発明により、ボード上のハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図１４に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示されており、以下、装置２００とする。
装置２００は、ハウジング２０２を含む。ハウジング２０２は、内部にほぼ円筒状の孔２０４を有する。孔２０４は、孔２０４と連通する中央オリフィス２０８を有するハウジング２０２の末端２０６で終端する。ハウジング２０２は、中央オリフィス２０８から延伸するドローイング先端部２１４を有するドローイング器具２１２の本体２１０の一部を受け入れ得る。ハウジング２０２には、ハウジング２０２の末端２０６の周囲に配設され、孔２０４と連通する複数の開口部２１６が形成される。
装置２００は、超音波レシーバまたはトランスミッタ装置２２０、好ましくは、圧電超音波レシーバまたはトランスミッタ装置をさらに含む。装置２２０は、ドローイング先端部２１４から離れているが、孔２０４に近接した位置のハウジング２０２内に設けられる。装置２２０は、孔２０４と複数の開口部２１６を伝わる断続的な超音波信号を受信または送信するように働くことにより、ボードと適切な関係の位置にある互換性のある超音波レシーバ／トランスミッタで、ドローイング先端部２１４の三角測量が可能となる。
本発明のこの態様は、装置が備える超音波レシーバ／トランスミッタが、ドローイング先端部付近に設けられ、通例狭いものであるドローイング器具の一部分が厚くなる構造よりも利点を備える。孔２０４と開口部２１６（またはその逆）を通る超音波を使用することにより、ハンドヘルド装置が備える超音波レシーバ／トランスミッタが先端部から離れた位置にある場合でも、ドローイング先端部を正確に三角測量することができる。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置２００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００３２】
別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上のハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図１５に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置３００とする。
装置３００は、ハウジング３０２を含む。ハウジング３０２は、内部に孔３０４と連通する中央オリフィス３０８を有するハウジング３０２の末端３０６で終端するほぼ円筒状の孔３０４を有する。ハウジング３０２は、中央オリフィス３０８から延伸する作動先端部３１４を有しオリフィス３０８を介して取り外し可能な作動器具３１２の本体３１０の一部を受け入れ解放し得る。
したがって、本発明のこの態様によれば、必要に応じて、または望ましければ、器具３１２を取り替える際に、装置３００の電子構成部品を乱すことなく、前部で作動器具３１２を装填し取り替えることができる。これにより、順々に構造が簡潔になりコスト効率が優れたものになる。
装置３００は、リテイナー３１６をさらに含む。リテイナー３１６は、ハウジング３０２内で取り外し可能な作動器具３１２を解放可能に保持するように、ハウジング３０２に係合される。
装置３００は、超音波レシーバまたはトランスミッタ装置３１８、好ましくは、圧電超音波レシーバまたはトランスミッタ装置をさらに含む。装置３１８は、断続的な超音波信号を受信または送信するために、ハウジング３０２に内部または外部（図示されているように）接続される。図示されている例において、装置３１８は、環状構造を備え、器具３１２の作動先端部３１４を取り囲んでいる。しかしながら、例えば、上述したように、上記の装置２００に対してハウジング３０２内の離れた位置に装置３１８が係合された他の構造も考慮できることも考えられる。
装置３００は、ハウジング３０２内に設けられたマイクロスイッチ３２０をさらに含む。マイクロスイッチ３２０は、本体３１０の近端部３２２に接触すると作動して、作動器具３１２の作動先端部３１４にかかる力に応答する。マイクロスイッチの構造および動作については、従来技術の装置に関してさらに上述されている。これらの記載は、マイクロスイッチ３２０の構造および動作を記載するためにここに引用されたものとする。
【００３３】
接触作動式および圧力作動式の両方のマイクロスイッチが考えられる。前者の場合、全か無の感覚(all on none sensation)が感じられるのに対して、後者の場合、持続的に変化する感覚が選択可能なものである。この場合、圧力情報は、例えば、使用するさまざまな作動器具に関するデータを符号化できる。
いずれの場合も、マイクロスイッチ３２０により感知された情報は、通常、専用の通信ライン、例えば、赤外線通信ラインを介してデジタル化システムに送られる。しかしながら、本発明のさらなる態様に関して以下にさらに記載される他の可能性も考えられる。
装置３００は、電子回路３２４をさらに含む。回路３２４は、ハウジング３０２内に係合され、少なくとも、作動器具３１２の作動先端部３１４に力がかけられていることをマイクロスイッチ３２０が示すとき、装置３００の動作に影響を与えるようにマイクロスイッチ３２０と電子的に通信する。
装置３１８とマイクロスイッチ３２０に動作電力を与えるように、電源３２６（例えば、一対の電池）が作用する。
本発明の上記および他の態様による作動器具は、例えば、ドローイング器具、アノテーション器具やイレーザであってよい。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置３００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００３４】
図１６に示されているように、本発明のさらなる別の態様によれば、ボードまたはスクリーン表面に関連する間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバを含むボードまたはスクリーンデジタル化システムと、（例えば、信号を送信している間、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数を用いる）断続的な信号トランスミッタを含むハンドヘルド装置の作動方法が提供される。この方法は、ハンドヘルド装置からの超音波信号を収集し、ボードに関するハンドヘルド装置の動きを追跡するためのものである。
ハンドヘルド装置により発生する隣接した超音波信号Ｓ1．．．Ｓnの間の時間間隔はほぼ一定であり、Ｋに等しい。任意の時間点Ｔ0において、３つの超音波レシーバＣＨ１、ＣＨ２およびＣＨ３はそれぞれ、第１の信号Ｓ1を受信するようにオンにされる。各レシーバの受信時間Ａ11、Ａ21およびＡ31は、各レシーバとハンドヘルド装置との送信時間の距離、すなわち、各レシーバに対して、第１の信号Ｓ1の実際の送信と、その信号の受信の遅延時間ｄ11、ｄ21、ｄ31との間の時間に依存する。各レシーバが隣接する信号を受信する間の時間は、各レシーバに対するハンドヘルド装置の動き、ひいては位置の変化に依存する。図１６に、この時間が、Ｋよりも短く（例えば、約２０％から６０％短い）選択された定数Ｄと、位置依存間隔Ａ11，Ａ12，．．．Ａ1n；Ａ21，Ａ22．．．Ａ2n；およびＡ31，Ａ32．．．Ａ3nとを含むように示されている。信号の実際の送信と各レシーバでの受信との間の時間間隔は、ｄ11，ｄ12，．．．ｄ1n；ｄ21，ｄ22．．．ｄ2n；およびｄ31，ｄ32．．．ｄ3nで表される。すでに前述したように、Ｄは定数であり、任意のレシーバにより信号が受信された後の時間間隔を規定する。ＤがＫよりも短く選択されているため、Ｄの間、任意のレシーバでは信号が到達していないと考えられるため、Ｄの時間期間の間、それによる信号の収集は遮断または無視されてよい。これにより、各レシーバにより収集される背景信号が減少し、システムの信号対雑音比が向上する。
【００３５】
このように、信号のタイミングに拘束されない方法で、ハンドヘルド装置の位置をシステムが追跡するために、以下のステップがとられる。
第１に、ハンドヘルド装置は、所定の周波数の信号を送信するように選択され、その間の時間間隔はＫに等しい。
第２に、各レシーバがオンに切り換えられる信号収集の任意の時間点Ｔ0が設定される。
第３に、システムは、各レシーバごとに、信号の実際の送信と実際の受信との間で経過した時間を計算する。例えば、第１のレシーバによる第２の信号の実際の送信と実際の受信との間で経過した時間は、以下の式により計算される。
2007109261.tif 000004
各レシーバと各信号に対して、この計算が繰り返される。
しかしながら、ｄ11は未知の値である。ｄ11、ｄ21およびｄ31を計算するために、システムは、３つのレシーバのうちの２対、例えば、ＣＨ１−ＣＨ２、およびＣＨ１−ＣＨ３またはＣＨ２−ＣＨ３を用いて、各２対に対して、信号Ｓ1からＳnを受信するさいの時間差を計算する。レシーバの各対のこのような差は、双曲線のプロットで表されることは理解されよう。さらに、２つの双曲線のプロットとの間の交点が、ｄ11、ｄ21およびｄ31を計算できる第１の送信時間Ｓ1でのハンドヘルド装置の座標を表すことも理解されよう。
したがって、上述した方法を用いると、（ｉ）第１の信号を送信するときの位置を計算し、さらに（ｉｉ）次の信号を送信するとき、その後の位置の変化を計算することにより、ハンドヘルド装置の位置を追うことができる。
その結果をさらに強化するために、いくつかの補正がなされることが好ましい。
【００３６】
第１のｍ個の点（ｍは、通常、２０から１００の範囲、好ましくは、約５０）に関するデータが収集される。最初に、上述したように、レシーバの対間の差を用いて、第１のデータ点を計算し、その後、後続するｍ−１データ点を計算し、次に、後続するデータ点の参照値として各データ点を考慮することにより、各データ点が計算される。その後、ｍ個のデータ点の平均をとって、結果を強化する。
ボードまたはスクリーンに対するハンドヘルド装置の合理的な速度と、その上にスケッチや書き込みをするときに装置を保持する手の持続性を考慮して、さらなる平均化プロセスを行い、結果をさらに強化する。
信号の周波数が使用する特定の圧電結晶や、ある程度、湿度や温度のような環境要因に依存するため、Ｋは常に定数ではないことが理解されよう。上述した計算はすべてＫの値に依存するため、所与の時間でのシステムに関する実際のＫが計算されなければならない。
【００３７】
所与の動作時間での実際のＫ値を計算するために、以下の式が用いられる。
2007109261.tif 000005
ｄ12およびｄ11は、上述したように計算されるのに対して、Ｋは、信号ごとに以下のように再度計算される。
2007109261.tif 000006
式中、ｊは、抽出された最後の信号、例えば、１０００番目の信号である。このようにして、Ｋは、すべての信号に対して計算され、平均化される。
したがって、本発明のこの態様によれば、時間を参照しない複数の超音波信号が、間隔をおいて設けられた少なくとも３つの超音波レシーバのそれぞれにより収集され、ハンドヘルド装置の位置が、時間を参照しない超音波信号のそれぞれに対して計算させることにより、ハンドヘルド装置を追跡できる一方で、高エネルギーを消費するものとして知られる各信号の時間を参照するための赤外線リンクの必要性がなくなる。
上述したように、Ｋの間隔と比較したＤの間隔の長さは、トランスミッタにより送信される実際の信号のそれぞれを拾い上げることができるように選択されるため、かなり高い信号対雑音比が得られ、ハンドヘルド装置の作動先端部をより正確に追跡することができる。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて上述した方法を用いて動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００３８】
さらなる別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上のハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図１７に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置４００とする。
装置４００は、ハウジング４０２を含む。ハウジング４０２は、内部にほぼ円筒状の孔４０４を有する。孔４０４は、孔４０４と連通する中央オリフィス４０８を有するハウジング４０２の末端４０６で終端する。ハウジング４０２は、中央オリフィス４０８から延伸する作動先端部４１４を有し、オリフィス４０８を介して取り外し可能な作動器具４１２の本体４１０の一部を受け入れ解放し得る。作動器具４１２は、例えば、異なる色のドローイング器具、イレーザ器具およびアノテーション器具を含むが、これらの限定されるものではないさまざまな複数の作動器具の中から選択可能である。
装置４００は、リテイナー４１６をさらに含む。リテイナー４１６は、ハウジング４０２に係合され、ハウジング４０２内で取り外し可能な作動器具４１２を解放可能に保持するようにし得る。
【００３９】
装置４００は、超音波トランスミッタ装置４１８をさらに含む。装置４１８は、複数の断続的な超音波信号の１つを送信するために、ハウジング４０２に内部、または図示されているように、外部接続される。本発明のこの態様による複数の断続的な超音波信号のそれぞれは、少し異なる周波数、例えば、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲のものをもつのに対して、使用する周波数のそれぞれは、装置４００との使用に適用可能なさまざまな複数の作動器具４１２の１つに関連する。
本発明のこの態様による装置４００は、さまざまな複数の作動器具４１２の１つで確証する周波数の断続的な超音波信号を送信するようにトランスミッタ装置４１８の設定を行う、ハウジング４０２上またはその内部に設けられたコントローラ４４０をさらに含む。
したがって、本発明のこの態様によれば、デジタル化システムは、所与の時間に使用する作動器具に気付き、それに応じて応答する。コントローラ４４０は、さまざまな作動器具４１２と一体に形成され得るため、器具４１２の１つをハウジング４０２内に挿入することにより、直接、挿入された器具４１２を自動的に確認できることが理解されよう。この代わりとして、図１７に詳細に示されているように、コントローラ４４０の一部として、ユーザインタフェースが用いられる。以下にさらに詳細に記載されるように、遠隔制御通信により、コントローラ４４０が遠隔制御されてよいことがさらに理解されよう。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置４００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００４０】
さらなる別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上のハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図１８に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置５００とする。
装置５００は、ハウジング５０２を含む。ハウジング５０２は、内部にほぼ円筒状の孔５０４を有する。孔５０４は、孔５０４と連通する中央オリフィス５０８を有するハウジング５０２の末端５０６で終端する。ハウジング５０２は、中央オリフィス５０８から延伸する作動先端部５１４を有し、作動器具５１２の本体５１０の一部を内部に受け入れ得る。
装置５００は、超音波トランスミッタ装置５１８をさらに含む。装置５１８は、２つの断続的な超音波信号の１つを送信するために、ハウジング５０２に内部または外部接続される。２つの断続的な超音波信号のそれぞれは、少し異なる周波数、例えば、４０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲のものを持つ。
【００４１】
装置５００は、ハウジング５０２内に係合されたマイクロスイッチ５２０をさらに含む。マイクロスイッチ５２０は、第１の動作モードまたは第２の動作モードを獲得するものであってよい。マイクロスイッチ５２０は、本体５１０の近端部５２２と接触するときに第１の動作モードを獲得し、本体５１０の近端部５２２と接触しないときに第２の動作モードを獲得する。マイクロスイッチ５２０は、例えば、接触感応式または圧力感応式のマイクロスイッチであってよい。
装置５００は、電子回路５２４をさらに含む。回路５２４は、マイクロスイッチ５２０とトランスミッタ装置５１８との間を電子的に通信する。電子回路５２４は、マイクロスイッチ５２０の第１の動作モードと第２の動作モードの１つをトランスミッタ装置５１８と関連付けるように働くことで、異なる周波数の断続的な超音波信号が、モードに依存してトランスミッタ装置５１８により送信されて、ボードまたはスクリーンに作動先端部５１４が接触しているか、または離れているかを処理システムに知らせる。
周波数符号化された情報を用いることで、このような情報をデジタル化システムに送るための赤外線通信のような別の通信網が不要になる。これにより、順々に電池の電力が節約できる。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置５００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００４２】
さらなる別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上のハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図１９に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置６００とする。
装置６００は、ハウジング６０２を含む。ハウジング６０２は、内部にほぼ円筒状の孔６０４を有する。孔６０４は、孔６０４と連通する中央オリフィス６０８を有するハウジング６０２の末端６０６で終端する。ハウジング６０２は、中央オリフィス６０８から延伸する作動先端部６１４を有し、作動器具６１２の本体６１０の一部を受け入れ得る。
ハウジング６０２の末端部６０６で始まり、好ましくはハウジング６０２の近端部で終端するハウジング６０２の少なくとも長手部分６１５が、赤外線伝達材料から形成される。好ましい実施形態によれば、ハウジング６０２はすべて、赤外線伝達材料で形成され、赤外線反射被膜６１７で被覆され、この被膜は孔６０４も被覆することが好ましい。ハウジング６０２に適切な赤外線伝達材料の例は、不透明化させる顔料を含むように作られたレキセインを含むが、これに限定されるものではない。
【００４３】
装置６００は、超音波レシーバまたはトランスミッタ装置６１８をさらに含む。装置６１８は、ハウジング６０２に内部または外部接続され、断続的な超音波信号を受信または送信するように働く。
装置６００は、少なくとも１つの赤外線トランスミッタ装置６３０をさらに含む。装置６３０は、ハウジング６０２の長手部分６１５の近端部６３２に取り付けられる。赤外線トランスミッタ装置６３０は、それにより放出される赤外線放射をハウジング６０２の長手部分６１５を通るように方向付けられる。その末端部で、長手部分６１５は、ハウジング６０２から赤外線放射を反射するための少なくとも１つの赤外線リフレクタ６３４を含む。
したがって、本発明のこの態様によれば、多くの場合、ユーザの手で保護され、このような状況下で不作動状態になる、通常、装置の最も狭い領域である作動先端部から離れた位置、例えば、装置の近端部または中央部に、赤外線トランスミッタが配置されてよい。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置６００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００４４】
別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上でハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用する遠隔制御式ハンドヘルド装置が提供される。図２０に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置７００とする。
装置７００は、ハウジング７０２を含む。ハウジング７０２は、内部にほぼ円筒状の孔７０４を有する。孔７０４は、孔７０４と連通する中央オリフィス７０８を有するハウジング７０２の末端７０６で終端する。ハウジング７０２は、中央オリフィス７０８から延伸する作動先端部７１４を有し、作動器具７１２の本体７１０の一部を受け入れ得る。
装置７００は、超音波レシーバまたはトランスミッタ装置７１８をさらに含む。装置７１８は、ハウジング７０２に内部または外部接続され、断続的な超音波信号を受信または送信するように働く。
装置７００は、オペレータにより制御される遠隔信号トランスミッタ（遠隔制御）からの動作コマンド信号を受信するための遠隔信号レシーバ７４０をさらに含む。本発明のこの態様による動作コマンドは、「オン」および「オフ」コマンド、作動器具変更コマンドなどを含む。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置７００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
【００４５】
さらなる別の態様によれば、本発明により、ボードまたはスクリーン上でハンドヘルド装置の作動ストロークをデジタル化するための処理システムが補充されたボードまたはスクリーンとともに使用するハンドヘルド装置が提供される。図２１に、本発明のこの態様によるハンドヘルド装置が示され、以下、装置８００とする。
装置８００は、ハウジング８０２を含む。ハウジング８０２は、内部にほぼ円筒状の孔８０４を有する。孔８０４は、孔８０４と連通する中央オリフィス８０８を有するハウジング８０２の末端８０６で終端する。ハウジング８０２は、中央オリフィス８０８から延伸する作動先端部８１４を有し、作動器具８１２の本体８１０の一部を受け入れ得る。
装置８００は、透明な超音波レシーバまたはトランスミッタ装置８１８をさらに含む。装置８１８は、ハウジングに接続され、断続的な超音波信号を受信または送信するために、作動先端部８１４を取り囲むことにより、ユーザが作動先端部８１４を見ることができる。透明な圧電ポリマーは、当業者に公知のものである。例として、PVdF、PVF2およびP(VF2-VF3)コポリマーが挙げられる。
装置８００のこの特徴は、非常に重要なものであることは理解されよう。作動先端部は三角測量を連続して行うことにより追跡されるため、装置８１８を配置する最も直接的な場所は、作動先端部８１４か、またはその付近である。しかしながら、ドローイング器具やアノテーション器具のような作動器具を用いる場合、多くの場合、ユーザはその作動先端部を見ることに慣れている。そこに超音波装置を設けることにより、従来技術の装置ではこの習慣が妨げられる。透明な装置を設けることにより、この制限が解消される。
上述した従来技術のハンドヘルド装置の他の特徴と、本願明細書にさらに記載される本発明のさまざまな態様によるハンドヘルド装置の新規の特徴とを組み合わせて装置８００で動作させてよいことは、当業者に理解されよう。
本発明をその特定の実施形態とともに記載してきたが、多くの代替、修正および変更が当業者に明らかであることは明白である。したがって、添付の請求項の趣旨および広い範囲内にあるこのような代替、修正および変更はすべて含まれるものとされる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
プレゼンテーションボードおよびペンとともに使用して、ボード上に手で描く線をデジタル化するために有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】異なる超音波レシーバのグループとともに領域間の切り換えゾーンを示し、デジタイザーシステムが設けられた従来技術のプレゼンテーションボードの略図的な正面図である。
【図２】プレゼンテーションボードを横切る位置の関数として、図１の超音波レシーバの２つのセットからの位置表示の相対重みの変化を示すプロットを示す図である。
【図３】プレゼンテーションボードデジタイザーシステムにおいて使用する対の超音波レシーバアセンブリの側面図である。
【図４】図３の対の超音波レシーバアセンブリの受信特性を表す略図である。
【図５】デジタイザーシステムにおいて従来のドローイング器具とともに使用する従来技術のトランスミッタ装置の側面断面図である。
【図６Ａ】図５のトランスミッタ装置において使用する従来技術のマイクロスイッチ構造の分解組立斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａを組み立てたマイクロスイッチ構造の斜視図である。
【図６Ｃ】保持ばね構造を示す図６Ａのマイクロスイッチ構造の平面図である。
【図７】図５のトランスミッタ装置において使用するハウジングに保持部材を取り付けるための従来技術の構造の略図的斜視図である。
【図８】Ａは時間の関数として、ドローイング器具とプレゼンテーションボードとの間の動作接触により作動される接触スイッチの出力プロットを示す図、Ｂは図６Ａの接触プロファイルに対応する劣った従来技術のシステムにより発生した記録されたドローイング器具の動作時間プロファイルを示す図、Ｃは従来技術のプレゼンテーションボードデジタイザーシステムの一実施形態により発生した対応する記録されたドローイング器具の動作時間プロファイルを示す図である。
【図９】デジタイザーシステムとともに使用する従来技術のイレーザトランスミッタユニットの側面断面図である。
【図１０】従来技術のプレゼンテーションボードデジタイザーシステムの別の実施形態による、空気伝播超音波レシーバとボードに取り付けられトランスデューサによりそれぞれ受信された信号を示す図である。
【図１１】トランスミッタ装置の第２の実施形態を示す図である。
【図１２】ＡおよびＢは上部のバイアス付与要素の異なる２つの形態を示す図である。
【図１３】従来技術のイレーザの第２の実施形態を示す図である。
【図１４】ドローイング先端部から離れた位置にあるが、ドローイング先端部の三角測量が可能な超音波レシーバまたはトランスミッタ装置を備えた、本発明の一態様によるハンドヘルド装置の末端部の断面図である。
【図１５】作動器具の前部での取り替えに適応するリテイナーと、その作動器具により作動可能なマイクロスイッチとを備える、本発明の別の態様によるハンドヘルド装置の断面図である。
【図１６】信号対雑音比を高める本発明のさらなる別の態様による方法の動作を説明するグラフである。
【図１７】作動器具の取り替えに適応するリテイナーと、その作動器具の変化の表示として、超音波トランスミッタの周波数を制御するコントローラを内部に備える、本発明のさらなる別の態様によるハンドヘルド装置の断面図である。
【図１８】周波数符号化された超音波情報を伝達可能な本発明のさらなる別の態様によるハンドヘルド装置の断面図である。
【図１９】ハンドヘルド装置のハウジングを通るように向けられた赤外線リンクを備える、本発明のさらなる態様によるハンドヘルド装置の末端部の断面図である。
【図２０】遠隔制御通信ラインを介して動作コマンドを受信可能な本発明のさらなる態様による遠隔制御式ハンドヘルド装置の断面図である。
【図２１】作動器具の作動先端部を取り囲む透明な超音波装置を備えた本発明のさらなる態様によるハンドヘルド装置の断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２００、３００、４００、５００、６００、７００、８００  装置、
２０２、３０２、４０２、５０２、６０２、７０２、８０２  ハウジング、
２０４、３０４、４０４、５０４、６０４、７０４、８０４  孔、
２０６、３０６、４０６、５０６、６０６、７０６、８０６  （ハウジングの）末端、
２０８、３０８、４０８、５０８、６０８、７０８、８０８  中央オリフィス、
２１０  （ドローイング器具の）本体、２１２  ドローイング器具、
２１４  ドローイング先端部、２１６  開口部、
２２０、３１８、４１８、５１８、６１８、７１８、８１８  超音波トランスミッタ装置、
３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０  （作動器具の）本体、
３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２  作動器具、
３１４、４１４、５１４、６１４、７１４、８１４  作動先端部、
３１６、４１６  リテイナー、３２０、５２０  マイクロスイッチ、
３２２、５２２  （作動器具本体の）近端部、３２４、５２４  電子回路、
３２６  電源、４４０  コントローラ、６１５  （ハウジングの）長手部分、
６１７  赤外線反射被膜、６３０  赤外線トランスミッタ装置、
６３２  （ハウジングの長手部分の）近端部、６３４  赤外線リフレクタ、
７４０  遠隔信号レシーバ、
ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３  超音波レシーバ、
Ｓ1、Ｓ2、．．．Ｓn  超音波信号、
Ａ11、Ａ21、Ａ31  レシーバの受信時間、
ｄ11、ｄ21、ｄ31  信号の受信の遅延時間、
Ａ11，Ａ12，．．．Ａ1n、Ａ21，Ａ22．．．Ａ2n、Ａ31，Ａ32．．．Ａ3n  位置依存間隔、
ｄ11，ｄ12，．．．ｄ1n、ｄ21，ｄ22．．．ｄ2n、ｄ31，ｄ32．．．ｄ3n  （信号の実際の送信とレシーバでの受信との間の）時間間隔。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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