JP2005527919A - 永久磁石を使用するスタイラス入力装置 - Google Patents

Abstract

磁界（領域１６内の磁界）を使用して動作するスタイラスであって、永久磁石３２が受動スタイラス３２内に配置されており、該磁石は複数の磁気センサ（場所１４に配置されたセンサ８によって検出できる。これらのセンサは、使用される磁気センサ８の数に応じて、スタイラスの磁界を相対的地磁気から引くことによって、スタイラス３０の位置を決定するための三角測量等式で使用されるベクトルを、使用される磁気センサ１０、１２の数に応じて二次元でまたは三次元で得る。地磁気の基準として一セットの磁気センサ１０、１２、２０を用いることができる。磁気センサ８の各々は感度の方向を変えるための極性コイル、ヌルコイル４２、およびフリップコイル４４を備える。

Description

本発明は、一般に、電子情報装置用の入力装置に関する。さらに詳細には、本発明は、二次元または三次元で動作可能なスタイラスを提供する。スタイラス(ペン)は、動作領域内でのスタイラスの移動を表す線などの入力を、または、コンピュータ、および携帯情報端末（ＰＤＡ）等の可搬性情報機器または携帯電話等の他の種類の電子機器のためのカーソル制御を提供するために使用される。

スタイラスを使用する入力装置の現況技術は、一般的には、デジタル化タブレットまたはタッチパッドによって特徴付けられる。デジタル化タブレットは、一般に、タブレットまたはタッチパッドに結合されたスタイラスでデータを入力するのに使用される大きな表面である。例えば、ケーブルがスタイラスをタブレットに接続し、スタイラスがタブレットの表面にわたって移動するとき、スタイラスの移動を検出かつ追跡する。移動は、典型的には、ディスプレイに線として表示される。

スタイラスを使用する多くのタブレットの動作の基本は、電磁センサに依拠する。磁界は、ループで流れる電流によって形成される。ペンはこの磁界を拾ってコンバータに送るコイルを有する。コンバータはこのデータからＸ位置およびＹ位置を決定する。この種のペンは、一般的には、データを伝送するためのテザーをペンとベース装置との間に必要とするかあるいは、電池によって電力が加えられる能動ペンを使用し、タッチパッドによって検出できる何らかの種類の信号を発生する。

したがって、データ入力用のペンまたはスタイラスを用いたシステムまたはテザーで接続されたスタイラスまたは能動ペンを必要としないカーソル制御装置を提供することが、先行技術に対する利点である。スタイラスが動作のための内部電源を必要としないこともまた利点である。

先行技術には、携帯情報端末（ＰＤＡ）でスタイラスを使用することも記載されている。検出できるようにする上でスタイラスが圧力を必要とする場合には、ＰＤＡの筆記面が損傷する場合がある。さらに、スタイラスに対する筆記領域は、典型的には、非常に狭い。さらに、筆記している者に何を書いたのかを示すための視覚的フィードバック即ち「インク跡」がない場合には、スタイラスの使用が困難である。スタイラスの移動とディスプレイスクリーン上での筆記されたことの表示との間に遅延がある場合にもインク筆記が困難である
したがって、ＰＤＡスクリーンへの損傷を避けるため、オフ−スクリーンインク筆記表面を提供することが先行技術に対して有利である。さらに、ＰＤＡに大きな筆記面を提供することおよび視覚的フィードバックが迅速であることが有利である。

スタイラスの存在を検出できる表面と接触しないで動作できる種類のスタイラスは先行技術には教示されていない。つまり、筆記が行われる表面は、スタイラスを検出できる何らかの表面である。したがって、スタイラス検出表面でない表面上でスタイラスを検出でき、かつその動きを追跡できるのが有利である。

先行技術には、さらに、何らかの種類の検出表面をスタイラスとともに使用しなければならないと教示されている。したがって、検出可能にするために検出表面を全く必要としないスタイラスを提供することが先行技術に対して有利である。さらに、したがって、スタイラスが三次元内で移動するときにこれを検出できるようにすることが有利である。

得られるべき別の特徴は、筆記をオンおよびオフすることができることである。典型的には、この種の機能は、感受性表面、ペンから別の装置へのテザー、または能動ペンを必要とする。したがって、関連したディスプレイ上で筆記を入れたり切ったりするように動作できるスタイラスを提供するのが先行技術に対して有利である。この場合、スタイラスは、空間検出表面上に筆記しない受動装置であり、別の装置にケーブルで物理的に繋げられていない。

本発明の最後の特徴は、非常に小さな領域で使用するためのスタイラスを提供できることにある。ｅ−メールメッセージを入力して送出しようとする携帯電話使用者を考えてみる。これは、現在の技術のセル式電話での入力の選択肢と関連した単調で退屈で時間のかかる作業である。移動しながら、かつ比較的小さな装置で使用できるようにスタイラスで動作できる非常に小さなキーボードを提供するのが先行技術に対して有利である。

本発明の目的は、二次元または三次元で動作する受動スタイラスを提供することである。
本発明の別の目的は、内部に永久磁石が配置されていることのみを必要とする受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、接触および圧力を示す信号を提供できる受動スタイラスを提供することである。
本発明の別の目的は、通常の筆記動作および作用によって発生する「開始」および「停止」筆記信号をディスプレイ装置に提供できる受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、スクリーンから離して使用した場合にスタイラスで紙に実際にインク筆記するためのインク筆記カートリッジを含む受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、三次元検出ボリュームを提供するのに十分な数のセンサを設けることによって三次元で動作できる受動スタイラスを提供することである。
本発明の別の目的は、磁界強度を高めることによって、変化する信号の表示器として機能する受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、ペン本体内に収容された永久磁石を回転することによって極性を変化させ、デジタル「オン」および「オフ」信号を提供する受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、スタイラスの回転を検出できる受動スタイラスを提供することである。
本発明の別の目的は、ディスプレイ装置上で消去機能を実行するために反転できる受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、シャープペンシル並びにインク筆記カートリッジに組み込むことができる受動スタイラスを提供することである。
本発明の別の目的は、受動スタイラスとキーパッド上のキーとの接触をキーパッドが検出する小型キーパッドとともに使用できる受動スタイラスを提供することである。

本発明の別の目的は、種々の程度の濃さで線を引くことができるように圧力情報を提供する、ディスプレイ装置に信号を提供する能動スタイラスを提供することである。

好適な実施形態では、本発明は、磁界を使用して動作するスタイラスであり、永久磁石が受動スタイラス内に配置されており、これを複数の磁気センサによって検出でき、これらのセンサは、スタイラスの磁界を地球の相対的磁界から差し引いて、筆記領域内でのスタイラスの位置を決定するための三角測量方程式で使用されるベクトルを提供する。

発明の第１の態様では、各磁気センサ対がベクトルを提供し、２つの対が二次元についてのベクトル情報を提供し、３つの対が三次元についてのベクトル情報を提供する。
発明の第２の態様では、３対の磁気センサを、仮想矩形平面の４つの隅部のうちの３つの角部に配置する。

本発明の第３の態様では、３対の磁気センサのうちの１つが地磁気に対する基準として機能する。
本発明の第４の態様では、各磁気センサは、感度の方向を変えるための極性コイル、ヌルコイル、およびフリップコイルを含む。

本発明の第５の態様では、受動スタイラスが発生した「開始」および「停止」信号を磁気センサによって、スタイラス本体内の永久磁石の急速な移動によって検出できる。
本発明のこれらおよび他の目的、特徴、利点、および別の態様は、添付図面と組み合わせて以下の詳細な説明を考察することにより、当業者に明らかになろう。

次に、本発明の様々な要素に参照番号が付してあり、当業者が本発明を製作し、使用することができるように本発明を考察する添付図面を参照する。以下の説明は本発明の原理の単なる例示であることが理解されるべきであり、特許請求の範囲を狭くするものであると考えられてはならない。

本発明の現在の好適な実施形態は、電源を使用しないで磁界を発生する受動スタイラスの位置および配向を決定できる複数の磁気センサである。現在の好適な実施形態では、これらの複数の磁気センサは方向感知装置である。例えば、磁気センサは、フィリップス・セミコンダクターズ社がＫＭＺ５１の部品番号で販売している磁界センサであってもよい。しかし、これに代えて任意の同様の磁気センサを使用して同じ結果を得ることができる。磁界センサＫＭＺ５１は比較的安価であり、故に本発明の用途において望ましいということに着目すべきである。

現在の好適な実施形態では、磁界センサは対をなして配置され、一方が他方に重ねられるか、あるいは隣り合わせて配置される。積み重ねられる場合、ＰＣボードなど不導体によって分離される。各磁界センサ対はスタイラスにベクトルを提供する。したがって、２つのベクトルを提供し、したがってスタイラスの二次元的位置を決定する上で２対の磁界センサで十分である。

変形実施形態では、第３の磁界センサを各対に加え、したがって３つの磁界センサを各々含む２つの群を形成する。第３の磁界センサは、上下感度を提供し、三次元感度の構成を提供する。

好適な実施形態では、３つの磁界センサセットは、それらの間に直線を持つように構成されるということに留意されたい。例えば、図１は第１磁界セット１０、および第２磁界セット１２を示し、各セットは３つの磁界センサ８を含む。各磁界センサ８の各々の方向感度を矢印１４で示す。セット１０、１２の各々の矢印１４を示す点は、感度が紙面の外に向けられていることを示すということに留意されたい。おおよその感受性領域を破線１６で示す。

残念ながら、スタイラスは、第１および第２の磁気センサセット１０、１２間の直線１８に沿って配置されている場合には検出できない。検出できるようにするために、変形形態では、磁界センサの第３セット２０を含むのが好ましい。この第３セット２０により、スタイラス三次元で非常に簡単に検出され、さらに、線１８が示す「ブラインドスポット」をなくす。

各々が３つの磁界センサを含む３つのセット１０、１２、２０の変形形態では、これらのセットは、好ましくは、正方形または矩形の３つの隅部に配置される。この領域を領域１６によって表す。

感受性領域を磁界センサセットの所望の配置にしたがって、変化させることができるということを認識することが重要である。このことは、感受性領域が、用途の必要に基づいた相対的領域であるということを意味する。例えば、用途がカーソル制御入力装置用である場合、感受性領域２２は、３つの磁界センサセット２４に対して図２Ａに示すようになるか、または図２Ｂまたは図２Ｃに示すようになる。感受性領域が非常に大まかであり、図の明確に定められた線を越えて延びるということを理解することが重要である。しかし、実際には、スタイラスおよびセンサの用途によっては、書き、描き、またはカーソルをコンピュータスクリーン上の所定領域上で移動させる領域についての感じを使用者に与えるため、何らかの任意に定められた領域が選択される必要があるということがわかる。

図３は、現在の好適なスタイラス３０が、先端３４の近くに永久磁石３２が配置された一般にペン状の物体であるということを示す。このスタイラス３０は、好適には、地磁気とほぼ同じ強さの磁界を有する。

スタイラス３０の動作を理解するため、磁界センサの動作を理解している状況で考えなければならない。好適な実施形態の磁界センサは、極性コイルを各々含む。極性コイルにより、使用者は磁界センサが感知する方向をスワップできる。この特徴により、使用者はオフセットやドリフトなどを相殺できる。使用者は一般的に、磁界センサを適宜「ゼロ−アウト」するためにだけ方向をスワップするが、一般的にはすべて計測前にこの作業を行うわけではない。磁界センサは一般に、直流１Ｖ〜約１ＭＨｚの良好な帯域を有する。

図４に示すように、磁界センサは本質的にブリッジ４０であり、ヌルコイル４２およびフリップコイル４４をさらに含む。磁界が一層大きくなるときに、磁界センサが飽和し始めるので、良好なダイナミックレンジを得るため、各計測前にフリップが起こらないようにするのが最もよい。その時点で磁界センサは線形性を失い始める。

したがって、好適な磁界センサはヌルコイル４２を含む。差動増幅器４６の出力がヌルコイル４２にフィードバックされる。これにより、磁界センサで「ゼロ」磁界を得ることができ、これによって線形性を維持しながらゲインを大幅に向上させる。

センサシステムが正確でなければならない場合、センサシステムは線形回路を維持することを試みてはならないということを理解することが重要である。その代わり、使用者はヌル点を選択した後、線形ＤＡＣを供給してヌル点を維持しなければならない。これにより、センサシステムのダイナミックレンジが非常に大きくなる。ヌルコイル４２を使用することにより、線形性および良好なレンジを維持できる。

磁界センサのレンジがいくつかの因子の関数であるということにも着目されたい。現在の好適な実施形態で使用されるアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータは１４ビットである。このＡ／Ｄコンバータは、約２１．５９ｃｍ×約２７．９４ｃｍ（約８．５インチ×約１１インチ）または通常の紙シートの感受性領域を得る上で十分である。この感受性領域は、磁界センサセットが約１０．１６ｃｍ〜約１２．７ｃｍ（約４インチ〜約５インチ）離間している場合に得ることができる。１６ビットのＡ／Ｄコンバータを使用すると、さらに大きな範囲を得ることができ、および故に大きな感受性領域が得られる。

センサシステムが図１に示す形態で動作されるものと仮定すれば、３つの磁界センサを含む３つのセット１０、１２、２０が設けられる。まず最初にセンサシステムをオンにしたとき、システムは動作しておらず、デスクトップ型コンピュータまたは他の定置の装置に接続されている。第１の動作は、地磁気に対してその位置を決定できるようにセンサシステムを較正することである。この情報は、好適には、ドライバー、ＲＡＭ、または他のメモリ装置に記憶される。この情報は感度および補正因子について使用される。各磁界センサセット１０、１２、２０は、所定の感受性領域１６内に配置されたスタイラスのベクトルを提供する。絶対ベクトルの決定後に較正ベクトルを引くのが重要である。

すべての磁界センサセット１０、１２、２０が互いに平行なベクトルを発生する場合、感受性領域１６内に磁石がないと仮定される。地磁気もまた知られているため、これもまた引かれることによってセンサシステムの感受性領域内にヌル空間が得られる。

スタイラスがヌル空間（感受性領域）内に導入されると、スタイラスの存在に関する閾値は、単に、ベクトルがもはや平行でないと確認されることである。スタイラス内に配置された永久磁石の磁界を地球の相対的磁界から引くことによって、使用者はスタイラスを指し示す２つのベクトルを得る。次に、三角測量によりスタイラスの位置を決定する。

図５は、現在の好適なセンサシステムの概略ダイヤグラムである。図示のように、ＭＵＸ５０が３つの磁界センサセット１０、１２、２０のすべての磁界センサ８に繋がっている。ＭＵＸ５０からの信号がＡ／Ｄコンバータ５２に行き、次にＣＰＵ５４に送られる。現在の好適な実施形態は、パソコンのスロットに配置されたＡ／Ｄコンバータカードを使用する。Ａ／Ｄコンバータ５２への入力は、パソコンで実行されるプログラムによってアクセスされ、三角測量方程式を実行することによってスタイラス位置の決定を提供する。適切な性能を持つＡ／Ｄコンバータの良い例は、８０５１プロセッサである。

三角測量法についての詳細は、本発明の実施形態を理解するのに有用である。三角測量は、通常は、２つの方法のうちの一方で行われる。これらの方法は、本発明に関していずれも適していない。第１の方法は、ｘセンサまたはｙセンサのいずれかがゼロに近い値を持つ場合に正確な座標を決定するのが困難になるので、適していない。さらに、使用者がスタイラスを傾けている場合にも座標が不正確になってしまう。

第２の方法は、固定周波数源からの交番信号を必要とし、相互に所定距離にある２つのセンサを使用する。この方法は、本発明のスタイラスを追跡するのに有用でない。これは、磁気センサが非交番磁界を調査し、周波数情報が得られないためである。

したがって、本発明は円形三角測量法に依存している。この方法は、磁界が距離に応じてどれ程低下するかの知識を使用する。磁気源がそのセンサから遠ざかるように移動するとき、センサは、磁気源とセンサとの間の距離の３乗分の１と比例した値を記録する。この情報により、センサの値および３乗分の１の式から計算された半径のところでセンサの周囲に仮定円を描くことができる。この円は、スタイラスのすべての可能な点を投影できる。

所定距離離れた所にある第２のセンサは、半径が異なる別の円を投影する。これらの円は最大で２つの点で交差し、これらの点のうちの一方は、非描領域でセンサの後方にあり、これはその点を解から除くことができるということを意味する。したがって残りの点の座標は、２つの円の交差について解き、正の解をスタイラスの座標として使用することによって計算される。

この方法には、上文中に説明した角度方法について必要とされた４つのセンサとは異なり、所定距離離間した２つのｘセンサおよびｙセンサしか必要とされないという利点がある。

有利には、各感知位置で２つのｘセンサおよびｙセンサを使用する場合、書き込み表面に対するペンの角度の変化がスタイラスの座標の計算に影響しない。一方のセンサセットからのｘの減少は、セットから対応するｙを増加させることによって補償される。２つのセンサ間の大きさは、（ｘ^２＋ｙ^２）の平方根として決定できる。これにより、ｘ値およびｙ値が小さいために、角度外乱がなくなり、書き込み表面に対するペンの角度の影響をなくす。

さらに、この方法により、大きさから計算された角度の代わりに未加工のセンサの大きさを使用するため、距離を大きくできる。磁気双極子についての距離の三乗立方の逆数とは異なり、距離の平方の逆数によって磁界のエネルギが失われる電磁界に同じ概念を適用できる。球を各アンテナからソースに引き出し、これらの球の交差について解くことによってソースの座標の解を見つけることができる。電磁界をこの方法で三角測量することによって、物体が磁気センサのアンテナに関して面する角度に対する依存性をなくすことができる。

現在の好適な実施形態および変形形態で使用されるスタイラス３０を、永久磁石３２が内部に配置された受動素子として説明した。しかし、本発明は、さらに、受動的構成に対する変更を含み、使用者が位置の決定以上のことを行うことができるようにする能動素子が追加されたスタイラスについての変形例の設計を教示する。

例えば、受動スタイラスの性能を高めるために、スタイラスが発生する磁界の強さを変化させるのが有利である。この強さの変化を検出できる場合には、スタイラスはさらに多くの入力情報を受信装置に提供できる。変化する磁界を提供する実施形態は、スタイラスチップに加えられた圧力を使用する。

図６では、上昇する圧力により、スタイラスチップ６０が、第１の永久磁石６２が第２永久磁石６４と接触するまで内側に押される。組み合わせ永久磁石６２、６４の磁界は個々の磁石よりも大きく、これによる磁界強度の上昇を検出できる。スタイラスチップ６０に及ぼされる圧力が解放されると、永久磁石６２、６４がばね６６で押し離され、磁界強度を初期状態に戻すことができる。これはすべて電源を使用せずに行われる。

変形形態では、上記の基本的スタイラス設計よりも優れた能動素子を導入できる。例えば、図７は能動スタイラス７０の変形形態である。この実施形態では、休止時に永久磁石７２が第１の配向で配向されることを示すため、スタイラス７０の内部を詳細に例示する。ここでは、磁石のＳ極がスタイラスチップに向いている。スタイラス７４に圧力が加わると、ロッド７６が永久磁石７２を押してこれを回転させる。回転によって永久磁石７２の極性が逆転することによって、Ｓ極が、スタイラスチップ７４から遠い反対側に行く。したがって、スタイラスは、この場合も、信号を入力装置に提供する。信号は、デジタル１とデジタル０との間を変化する。スタイラスチップからの圧力がなくなったとき、ばね７８がロッド７６をスタイラスチップ７４に向かって後方に押し、永久磁石を回転して元の配向に戻す。

一般に、スタイラスは、入力装置に「Ｚ」を提供することを必要としない。しかし、これは、無限範囲の圧力値を提供するために、「Ｚ」配向が電子ペイントブラシを使用する場合に有用である。

能動スタイラスの次の別の実施形態を図８に示す。チップ８４の近くにコイル構成８２を持つスタイラス８０が示してある。コイル構成８２は、図９に拡大図で示すように、球９２を中心として配置された３つのコイル８６、８８、９０を含む。これらのコイル８６、８８、９０は、２５０ＫＨｚ〜１ＭＨｚの異なる周波数を持つ駆動コイルである。各磁界センサセットは、異なる駆動コイルに対して反応し易いように調節される。このようにして、センサシステムは、各駆動コイルの位置を三次元で追跡できるばかりでなく、回転を検出することもできる。この実施形態に関する唯一の欠点は、駆動コイルを必要な周波数で駆動するのに電力が必要であるということである。しかし、その代わりにＸＹＺ位置ばかりでなく、ピッチ、ロール、およびヨーが得られる。故に、このセンサシステムは、６自由度を有する。信号を各コイル８６、８８、９０から携帯情報端末（ＰＤＡ）等の別の装置に伝達できるということに着目されたい。これは、各コイルがそれ自体の信号のアンテナとして機能し、故にワイヤレス接続を提供するためである。

したがって、本発明により、動磁界の代わりに静磁界を使用できる。これは本発明の基本的特徴を使用するときに電力を必要としない永久磁石の使用方法を提供し、さらに多くの特徴を使用者に提供する場合に限り電力を必要とする。

図１０は、磁界強度を上昇するための別の手段の例示として提供される。スタイラスチップ１００は永久磁石１０２および円筒形コイル１０４（断面で示す）に結合されている。ばね１０６がチップ１００によって別の円筒形コイル１０８と接触するまで圧縮されたとき、磁界強度が上昇する。

図１１は、受動スタイラス１１０の変形形態の分解断面図である。この受動スタイラス１１０は、可傾斜磁石の新規な使用によって「開始」信号および「停止」信号を磁気センサに提供する。受動スタイラス１１０の構成要素は、磁界と干渉しないプラスチックハウジング１１２または他の材料である。ハウジング１１２は、プラスチック製のまたは鉄製のハウジングキャップ１１４を有する。このキャップはインクカートリッジ１１６を交換するために取り外すことができる。インクカートリッジ１１６は、ハウジング１１２に締まり嵌めするねじ山を有する鉄製の構成要素１１８を含む。ねじ山を備えた鉄製の構成要素１１８には、プラスチック製ハウジングキャップ１１４をプラスチックハウジング１１２に結合するためにねじ山が設けられている。締まり嵌めしたねじ山を備えた鉄製構成要素１１８とプラスチック製ハウジングキャップ１１４との間にばね１２０が配置されている。締まり嵌めした構成要素１１８の上方には、円形のセラミック磁石１２２が配置されている。この磁石の中央には、インクカートリッジ１１６を通すための穴が設けられている。セラミック磁石１２２の数は、セラミック磁石の位置の検出使用される磁石センサの感度で決まる。磁石をさらに強くすることによって、受動スタイラス１１０の検出を改良する。

インクカートリッジ１１６の上には、プラスチック製のアクチュエータ１２４が配置されている。このプラスチック製アクチュエータは、希土類磁石１２６をさらに均等に押すのに使用される。これに対し、インクカートリッジの上には凹みまたは他の凹凸が設けられていてもよく、プラスチック製アクチュエータ１２４は磁石１２６に対して一貫したインターフェースを提供する。プラスチック製アクチュエータ１２４と希土類磁石１２６との間には、同じ内径ピッチのセラミック製のトリガー磁石１２８および鉄製ワッシャ１３０が配置されている。残る２つの構成要素は、プラスチック製ハウジング１１２の長さの大部分に沿って延びる鉄製円筒体１３２およびプラスチック製ハウジング１１２にねじ込んだプラスチック製ハウジングキャップ１３４である。

図１２は、動作可能な状態に組み立てた図１１に示す受動スタイラス１１０の断面図である。
受動スタイラス１１０の動作は、使用者がディスプレイ上で書き始めようとするときおよび書き終えようとするときを磁気センサが決定できるようにするシステムにおいて、新規である。使用者は、受動スタイラス１１０を用いて書き始める。紙に押し付けてインクで筆記する場合のように穏やかな僅かな圧力を加えると、受動スタイラス１１０は「開始」信号を発生し、関連したディスプレイ装置がディスプレイ上に「インク筆記」または筆記の開始を表示する。

この「開始」信号は、インクカートリッジ１１６に及ぼされた圧力によって発生される。この圧力により、インクカートリッジ１１６は、上方にプラスチック製ハウジング１１２内に約１．５８８ｍｍ〜３．１７５ｍｍ（約１／１６インチ〜約１／８インチ）移動する。インクカートリッジ１１６は、プラスチック製アクチュエータ１２４に結合されており、このアクチュエータは、全体がセラミック製トリガー磁石１２８を通って移動し、次に、鉄製ワッシャ１３０の同じ内径ピッチに部分的に入り込む。インクカートリッジ１１６の移動は、下シェルフ１３６がセラミック製トリガー磁石の底部１３８と出会ったときにプラスチック製アクチュエータ１２４がセラミック製トリガー磁石１２８を通って移動できないために、停止される。

図１３は、使用者が書いているときに上記に説明した工程がどのように行われるのかを示す拡大図である。この図には、プラスチック製ハウジング１１２、この図で直立位置にある希土類磁石１２６、同じ内径ピッチの鉄製ワッシャ１３０、セラミック製トリガー磁石１２８、およびプラスチック製アクチュエータ１２４が示してある。プラスチック製アクチュエータ１２６のチップ１４０は、磁石１２６の底面に押し上げられている。磁石１２６は、この図では、鉄製ワッシャ１３０の小さなリップに載っている。

希土類磁石１２６が傾斜位置から直立位置になることが「開始」信号を提供する理由は明らかでない。しかし、受動スタイラス１１０の位置を追跡する磁気センサもまた、希土類磁石１２６を検出する。希土類磁石１２６が休止状態で図１１および図１２に示す傾斜位置にあるとき、希土類磁石１２６は、実際には、磁力によって鉄製ワッシャ１３０に対して所定位置に保持される。希土類磁石１２６を磁力から自由にするのに必要な力は比較的小さく、約８０ｇ〜１００ｇである。しかし、希土類磁石１２６は、磁力から自由になったとき、急速に加速し、直立位置に移動する。この位置でも、鉄製ワッシャ１３０のリップ１４２に磁力で引きつけられる。希土類磁石１２６が移動する距離が非常に小さい場合でも検出できる。幸運なことに、この移動もまた急速であり、これは、この移動を筆記時の受動スタイラス１１０の通常の移動と区別するのに重要である。この移動は非常に速いためスタイラスの通常の使用で誤って生じることはない。

同様に、インクカートリッジ１１６に加わる圧力を解放することにより、希土類磁石１２６を傾斜位置にあるようにさらに強く引きつけることができる。力の量は約４５ｇ〜５０ｇであるが、動作力と同様に所望に応じて変化させることができる。希土類磁石は、同じ内径ピッチの鉄製ワッシャ１３０の設定されたＩＤの広い表面と比較してリップ１４２が小さいため、傾けようとしないと傾斜位置にない。

開始信号および停止信号を送るのに必要なインクカートリッジ１１６の移動は、ほとんど検出不能であり、受動スタイラス１１０は通常の筆記用ペンとしても機能できる。スナップ式に動作直立位置になるときの希土類磁石の移動、およびその後にスナップ式に解放傾斜位置に戻るときの移動は、スタイラスの使用の差し障りにならない。さらに、プラスチック製ハウジング１１２を変更することによって、この移動を外部に表示する様々な減衰方法が可能である。

本発明の別の態様は、能動スタイラスを使用して圧力を検出することである。スタイラスのチップ領域に加わる様々な程度の圧力は、磁気センサでは検出が困難である。したがって、抵抗性ゴムを使用して圧力を検出する。ゴムは圧縮における小さな変化に対して抵抗を変化させる。スタイラスのインクカートリッジが筆記面に加える力を使用してゴムをスタイラスのケースに対して圧縮する。この抵抗の変化を使用し、ＲＣ発振器の周波数を変化させる。次に、この情報を周波数変調モジュレータに送る。制御基板に設けられた受信機にデータを伝送する。制御基板に設けられたマイクロ制御装置が信号の周波数を決定し、即ち所定の周波数からの変化を決定しこれによってスタイラスチップが筆記面に加えた圧力の程度を決定する。最終的には、圧力データを２つの異なる方法で表示できる。引いた線の幅を変化させることができるか、またはインク筆記グレースケールをコンピュータディスプレイに表示するかのいずれかである。

本発明の圧力トランスデューサとして作用する抵抗性ゴムは、図１４に示す回路で動作する。図１４はＲＣ回路１５２に接続された抵抗性ゴム１５０を示す。例えば、５５５チップが抵抗性ゴム１５０から入力を受け取ることができる。アンテナ１５６から伝送するため、ＲＣ回路１５２からの出力をＲＦモジュレータ１５４に送る。ＲＦモジュレータ１５４からの出力を使用し、抵抗性ゴム１５０の圧縮の程度および故に圧力が加えられた程度を決定する。加えられた圧力の量を、引いた線の幅についての値と、または加えられなければならないグレーの程度と関連するため、変換表が使用され得る。

本発明で使用できる抵抗性ゴムは、ＺＯＦＬＥＸ ＺＦ４０（トレードマーク）の商標で販売されている。図１５は、スタイラスから制御装置の基板に圧力データを伝送するのに使用できる回路の一例として提供されている。これは一例に過ぎず、限定的なものと考えるべきではない。しかし、このタイプのトランスミッタは、スタイラスの限られた空間内に配置され得る。

本発明には、多くの用途があり、例えば電子装置への簡単であるが効率的なデータ入力方法を必要とする、セル式電話、デジタル電話、ＰＤＡ、および他の同様の電子機器などの移動しながら使用する機器に用途があるということに留意されたい。

本発明の別の特徴は、受動スタイラスの非常に小さく正確な位置を検出できることである。これにより、キーボードとして定められた非常に小さな領域で受動スタイラスを使用できる。キーボードのキーは、受動スタイラスの小さな先端によって始動される。例えば、携帯電話に結合された小さなキーボードを考える。キーボードには、本発明の磁気センサが設けられており、受動スタイラスのチップがいずれのキーに触れたのかを決定できる。このように検出できるため、文章を携帯電話に手早く入力してｅ−メールメッセージを送出できる。

キーボードにそれ自体のメモリを設けることによって、ＬＣＤディスプレイ上の一行のテキストなど小さなディスプレイスクリーンをキーボードに設けることもできる。この場合、携帯電話に取り付けられていない場合でも、例えば電話中に書き留めるためにキーボードを使用できる。後にキーボードを携帯電話に取り付けたとき、キーボードのメモリを携帯電話のメモリにアップロードするか、または同期させる。その結果、使用者はキーボードによって記憶された入力データを使用できる。例えば、使用者は、携帯電話で話しながらキーボードに書き込むことができる。変換の完了後、使用者はキーボードを携帯電話に取り付け、キーボードのメモリに書き込んだデータを携帯電話のメモリにアップロードする。典型的には、この動作はデータをｅ−メールメッセージで携帯電話から送るために行われる。

しかし、キーボードを携帯電話から離して使用しなくてよい。キーボードは携帯電話に取り付けられたときに使用できる。使用者は、携帯電話のより大きなディスプレイの利点を得ることができ、またはキーボードの備付けのＬＣＤディスプレイを使用し続けることができる。これはキーボードを携帯電話に取り付けたときのＬＣＤディスプレイの視認性に左右される。

上記に説明した構成は、本発明の原理の用途の単なる例示であるということが理解されるべきである。当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、多くの変形形態の構成を考案できる。添付の特許請求の範囲はこのような変形形態および構成を含むことを意図している。

２セットが使用されている場合には二次元、３セットが使用されている場合には三次元である感受性領域の提供するためにセット内に配置された磁界センサを示す立面図である。 図２Ａは、本発明の感受性領域の一例を示す略図である。

図２Ｂは、本発明の別の感受性領域の一例を示す略図である。
図２Ｃは、本発明の別の感受性領域の一例を示す略図である。
スタイラスを示す側断面図である。 磁界センサを示す回路図である。 本発明の構成要素を示す略図である。 代替的実施形態を示すスタイラスの２つの図を示す側断面図である。 スタイラスの代替的実施形態を示す側断面図である。 スタイラスの代替的実施形態を示す側断面図である。 図９の駆動コイルを示す拡大図である。 スタイラスの代替的実施形態を示す側断面図である。 受動スタイラスの別の実施形態を示す側断面図である。 図１１の受動スタイラスを示す側断面図である。 ディスプレイ上で筆記するのに起動された状態の図１１の受動スタイラスを示す拡大断面図である。 スタイラスチップによって筆記表面に加えられる圧力の程度を決定するのに使用できる回路を示すブロック回路図である。 図１４に記載の圧力検出を実行する能動スタイラスに使用されるトランスミッタを示す回路図である。

Claims (1)

1. 磁気センサシステムに位置情報を提供するために永久磁石を使用する、電子機器に入力を提供するための受動スタイラスシステムであって、
   少なくとも１つの永久磁石を含む受動スタイラスと、
   前記受動スタイラス内に配置された前記少なくとも１つの永久磁石の位置を検出するための磁気センサシステムであって、さらに、（１）前記少なくとも１つの永久磁石を検出すること、（２）少なくとも１つの基準点に対して前記少なくとも１つの永久磁石の位置を決定すること、および（３）前記少なくとも１つの永久磁石の位置を伝送することができる複数の磁気センサを含む、磁気センサシステムと、
   前記少なくとも１つの永久磁石の位置を使用し、動作領域内での前記受動スタイラスの移動を表すデータを表示するディスプレイシステムと、
   を含む該受動スタイラスシステム。

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