專利名稱：描繪板數(shù)字化裝置的制作方法
所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及數(shù)字化裝置。更具體地說，本發(fā)明是涉及用于描繪板的裝置以及對(duì)手工描繪在描繪板上的線條進(jìn)行數(shù)字化的寫筆。
可是，在小組會(huì)議期間，一些介紹者仍然常偏愛用描繪器和白板來進(jìn)行描繪和表達(dá)思想。為了能夠記錄由這些裝置所描繪的信息，已經(jīng)開發(fā)出了幾種數(shù)字化白板系統(tǒng)。
這種系統(tǒng)通常采用發(fā)送器和接收器的組合，對(duì)來自手持裝置的信號(hào)進(jìn)行處理。對(duì)這些裝置所產(chǎn)生的書寫移動(dòng)進(jìn)行跟蹤和記錄，于是，就能對(duì)會(huì)議的文本及圖像內(nèi)容進(jìn)行數(shù)字化，并將其輸送到計(jì)算機(jī)。
已經(jīng)采用了各種技術(shù)來確定一手持裝置或記錄筆尖在一平面上的位置。在授與Glenn等人的美國專利US4,564,928、授與Suzuki等人的US4,886,943、授與Kobayashi等人的US4,910,363和US5,073,685、授與Yoshimura等人的US5,097,102中，都公開了一些系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，與一寫筆相連的一震動(dòng)元件通過一板的材料傳遞震動(dòng)。由一些與該板相連的轉(zhuǎn)換器對(duì)震動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測，并利用通過該板的傳送時(shí)間計(jì)算寫筆的位置。這些系統(tǒng)僅僅當(dāng)寫筆與板接觸時(shí)過進(jìn)行固有的操作，從而把震動(dòng)傳遞給板。于是，無需用專門機(jī)構(gòu)對(duì)書寫的筆移動(dòng)與非書寫的筆移動(dòng)進(jìn)行區(qū)分。
由于通過板的傳送時(shí)間不一致，使得這些系統(tǒng)通常是不精確的。實(shí)際上，這些系統(tǒng)需要具有非常特殊的板結(jié)構(gòu)，這就使得這些系統(tǒng)非常昂貴且不方便。
另一種方案是采用氣載超聲信號(hào)。這種系統(tǒng)的一些例子在下面的專利文獻(xiàn)中被描述了，這些文獻(xiàn)為Mallicoat的美國專利US4,777,329、Stefik等人的US4,814,552、Hansen的US4,506,354、De Bruyne的US4,758,691、Pegasus技術(shù)有限公司于1998年2月25提交的PCT/IL98/00093。在此引入這些參考文獻(xiàn)作為參考，就好象在此已經(jīng)完全作了描述一樣。
這些系統(tǒng)采用了設(shè)置在相對(duì)于一板固定的兩個(gè)點(diǎn)上并位于一可移動(dòng)的書寫儀器上的超聲發(fā)送器和接收器的各種組合。通過三角測量得出可移動(dòng)儀器的位置。這些系統(tǒng)通常在可移動(dòng)的儀器與一基底元件之間需要一附加的硬線或電磁連接，例如一紅外線連接，以便提供計(jì)時(shí)信息，計(jì)算超聲波的通過時(shí)間。還需要用一附加的開關(guān)來確定可移動(dòng)儀器何時(shí)與板接觸。
這些系統(tǒng)通過局限用于相當(dāng)小的板。這是因?yàn)樾盘?hào)噪聲比(SNR)的局限性緣故，該信號(hào)噪聲比妨礙了獲得精確的測量。所用的超聲強(qiáng)度不可能在非常高的情況下又不造成惱人的噪聲。此外，在無線系統(tǒng)中，動(dòng)力嚴(yán)重地限制了傳輸強(qiáng)度。為了產(chǎn)生可靠地位置信息，發(fā)送器和接收器的距離必須保持很小。當(dāng)可移動(dòng)元件從一個(gè)區(qū)域移動(dòng)到另一個(gè)區(qū)域時(shí)，如果在一大板上的不同區(qū)域采用不同的接收器，那么通常會(huì)導(dǎo)致不連續(xù)性。
這些系統(tǒng)的另一個(gè)缺陷是它們不能產(chǎn)生諸如在畫一虛線時(shí)所形成的快速間斷的筆劃。通常，當(dāng)寫筆停用時(shí)，寫筆中的發(fā)送器或接收器元件就關(guān)閉，并且每當(dāng)寫筆與板接觸時(shí)，寫筆就被再次啟用。然后，在系統(tǒng)能作出正確反應(yīng)之前，系統(tǒng)用零點(diǎn)幾秒的時(shí)間恢復(fù)同步。在短筆劃的情況下，操作筆劃的長度與系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間相差不大，從而導(dǎo)致非常不良的結(jié)果。
這種氣載超聲數(shù)字化系統(tǒng)的另一個(gè)缺陷是超聲發(fā)送器或接收器元件被非對(duì)稱地安裝在描繪儀器或記錄筆的側(cè)面。結(jié)果是，在隨著描繪儀器轉(zhuǎn)動(dòng)的方向上，所測得的位置會(huì)偏離真實(shí)位置。當(dāng)描繪儀器位置在兩個(gè)筆劃之間變動(dòng)時(shí)，這可導(dǎo)致數(shù)字化圖像不連續(xù)性和書寫模糊。
此外，傳統(tǒng)的描繪板數(shù)字化系統(tǒng)通常限于采用專門制造的書寫儀器。這就會(huì)由于寫筆的使用壽命非常有限而使得這些系統(tǒng)變得非常昂貴。即使在墨水筒是單獨(dú)可更換的情況下，所用的元件的設(shè)計(jì)必定非常專門化，而使得它們具有兼容性。
最后，采用一彩色筆尖的記錄筆通常只限于采用一種單一顏色的筆尖，而且不能采用不同的顏色，也不能采用不同功能的筆尖，這是由于記錄系統(tǒng)不能區(qū)分不同的筆尖。
因此，需要提供一種可靠的，低成本的數(shù)字化系統(tǒng)，該系統(tǒng)能用于傳統(tǒng)的所有尺寸大小的描繪板，能精確確定描繪儀器在描繪板上的位置。在下面的描述中還描述了本發(fā)明的其它需要和所作的改進(jìn)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于一板的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼通過孔接收和釋放可拆卸連接的描繪儀器體的一部分，而描繪儀器的描繪筆尖從中間孔伸出；(b)一保持器，它位于外殼內(nèi)，用于可釋放地把可拆卸連接的描繪儀器保持在外殼內(nèi)；(c)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇的超聲信號(hào)；(d)一微型開關(guān)，設(shè)置在外殼內(nèi)，當(dāng)與主體的近端接觸時(shí)，該微型開關(guān)就被接通，從而對(duì)作用在描繪儀器的描繪筆尖上的作用力作出反應(yīng)；(e)一電路，設(shè)置在外殼內(nèi)，并與微型開關(guān)電連接，用于至少當(dāng)微型開關(guān)指示出作用力已作用在描繪儀器的描繪筆尖上時(shí)，影響裝置的操作。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼通過該孔接收和釋放可拆卸連接的操作儀器主體的一部分，而操作端部從中間孔伸出，該操作儀器是選自由描繪儀器和注釋儀器所組成的組；(b)一保持器，它位于外殼內(nèi)，用于可釋放地把可拆卸連接的操作儀器保持在外殼內(nèi)；(c)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇的超聲信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，在一種具有至少三個(gè)間隔開的與板或屏幕表面相連的超聲接收器以及具有一間歇信號(hào)發(fā)送器的一手持裝置的板或屏幕數(shù)字化系統(tǒng)中，提供了一種跟蹤手持裝置的方法，信號(hào)以一預(yù)定的第一間隔發(fā)送，該方法包括以下步驟由至少三個(gè)間隔開的超聲接收器中每一個(gè)對(duì)眾多的非參照時(shí)間的超聲信號(hào)進(jìn)行收集，并對(duì)于每個(gè)非參照時(shí)間的超聲信號(hào)計(jì)算出手持裝置的一位置，從而對(duì)該手持裝置進(jìn)行跟蹤。優(yōu)選地是，所說的至少三個(gè)間隔開的超聲接收器中每一個(gè)的接收都在收到一信號(hào)之后被暫停一個(gè)第二時(shí)間間隔，所說的第二時(shí)間間隔要短于第一時(shí)間間隔。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼通過該孔接收和釋放可拆卸連接的操作儀器主體的一部分，而操作端部從中間孔伸出，并且可以在眾多的不同的操作儀器中進(jìn)行選擇；(b)一保持器，它位于外殼內(nèi)，用于可釋放地把可拆卸連接的操作儀器保持在外殼內(nèi)；(c)一超聲發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于發(fā)送眾多的間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)。這些眾多的間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)都具有一不同的頻率，每一個(gè)頻率都與眾多的不同操作儀器中的一個(gè)相聯(lián)系；(d)一控制器，位于外殼上或外殼內(nèi)，用于設(shè)定發(fā)送裝置，以便發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，所發(fā)送的這個(gè)間歇超聲信號(hào)的頻率與眾多的不同操作儀器中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼接收操作儀器主體的一部分，而操作端部從中間孔伸出；(b)一超聲發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于發(fā)送兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)，這兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)具有一不同的頻率；(c)一微型開關(guān)，設(shè)在外殼內(nèi)，它處于第一模式或第二模式，當(dāng)與主體的一近端接觸時(shí)該微型開關(guān)就處于第一模式，當(dāng)不與主體的近端接觸時(shí)該微型開關(guān)就處于第二模式；(d)在微型開關(guān)與發(fā)送裝置之間電連接的一電路，該電路用于把第一模式和第二模式中的一個(gè)模式與發(fā)送裝置相聯(lián)系，以便由發(fā)送裝置以一模式確定的方式發(fā)送不同頻率的間歇超聲信號(hào)，從而通知處理系統(tǒng)操作端部是與板或屏幕接觸了還是離開了板或屏幕。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼接收操作儀器主體的一部分，而操作端部從中間孔伸出，至少起始于外殼末端的外殼縱向部分是由一傳送紅外線的材料制作的；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇的超聲信號(hào)；(c)一紅外線傳送裝置，被設(shè)置在外殼縱向部分的一近端，紅外線發(fā)送器裝置被用于引導(dǎo)所發(fā)出的紅外線輻射，使紅外線輻射通過外殼的縱向部分。
根據(jù)下面所描述的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中的其它特征，外殼縱向部分配有一紅外線反射器，用于把紅外線輻射反射出外殼之外。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼接收操作儀器主體的一部分，而操作儀器的筆尖從中間孔伸出；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(c)一壓敏微型開關(guān)，設(shè)置在外殼內(nèi)，當(dāng)被主體的一近端按壓時(shí)，該壓敏微型開關(guān)就被接通，從而對(duì)作用在描繪儀器的描繪筆尖上的作用力作出反應(yīng)；(d)一電路，設(shè)置在外殼內(nèi)，并與微型開關(guān)電連接，用于至少當(dāng)微型開關(guān)指示出作用力已作用在描繪儀器的描繪筆尖上時(shí)影響裝置的操作。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的遙控手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼接收操作儀器主體的一部分，而操作儀器的筆尖從中間孔伸出；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，內(nèi)部地或外部地與外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(c)一遠(yuǎn)信號(hào)接收器，用于從操作員所控制的一遠(yuǎn)信號(hào)發(fā)送器接收操作指令信號(hào)。
根據(jù)本發(fā)明的再另一方面，提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上所寫的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，這種手持裝置包括(a)一外殼，在該外殼內(nèi)具有一大致圓筒形腔室，該腔室終止于外殼的一末端，外殼有一個(gè)中間孔與該腔室連通，外殼接收操作儀器主體的一部分，而操作儀器的筆尖從中間孔伸出；(b)一用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)的透明的超聲接收器或發(fā)送器裝置，與外殼相連，并環(huán)繞在操作端部周圍，從而使得使用者能看見操作端部。
本發(fā)明通過對(duì)用于一板或屏幕的手持裝置提供眾多的改進(jìn)，其中的這種手持裝置配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置所寫出的筆劃進(jìn)行數(shù)字化，從而成功地克服了目前已知結(jié)構(gòu)中的一些缺陷，本發(fā)明所作出的一些改進(jìn)將在說明書的下面部分中進(jìn)行進(jìn)一步地描述。
附圖簡述本發(fā)明將僅通過舉例的方式并參照附圖進(jìn)行描述，在所參照的附圖中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中設(shè)有一數(shù)字化系統(tǒng)的描繪板的前視圖，圖中表示出了在具有不同組超聲接收器的區(qū)域之間的一變換帶；圖2是一曲線圖，表示圖1中兩套超聲接收器的位置指示的相對(duì)權(quán)值(relative weighting)作為描繪板上的位置的一函數(shù)變化關(guān)系(現(xiàn)有技術(shù))；圖3是用于一描繪板數(shù)字化系統(tǒng)中的雙超聲接收器裝置的側(cè)視圖(現(xiàn)有技術(shù))；圖4是圖3中的雙超聲接收器裝置的接收特性的示意性表示圖；圖5是一數(shù)字化系統(tǒng)中的一傳統(tǒng)描繪儀器所用的發(fā)送器裝置的側(cè)剖圖；圖6A是圖5中的發(fā)送器裝置所用的現(xiàn)有微型開關(guān)的零件分解示意圖(現(xiàn)有技術(shù))；圖6B是把圖6A中的微型開關(guān)組裝起來后的立體結(jié)構(gòu)示意圖(現(xiàn)有技術(shù))；圖6C是圖6A中的微型開關(guān)結(jié)構(gòu)的俯視圖，表示出了一保持彈簧裝置(現(xiàn)有技術(shù))；圖7用于圖5中發(fā)送器裝置的使一保持元件與外殼相連的連接構(gòu)件的立體示意圖；圖8A是表示由一描繪儀器與一描繪板之間的操作性接觸所接通的接觸開關(guān)的輸出作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)的關(guān)系曲線圖(現(xiàn)有技術(shù))；圖8B表示現(xiàn)有技術(shù)中的不良的系統(tǒng)所產(chǎn)生的記錄的描繪儀器操作時(shí)間圖，對(duì)應(yīng)于圖5A的接觸形式。
圖8C表示根據(jù)一個(gè)現(xiàn)有技術(shù)中的描繪板數(shù)字化系統(tǒng)所產(chǎn)生的相應(yīng)記錄的描繪儀器操作時(shí)間模式；圖9是用于一數(shù)字化系統(tǒng)的現(xiàn)有技術(shù)中的一消除器發(fā)送器單元的側(cè)剖圖；圖10表示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中另一實(shí)施例中的描繪板數(shù)字化系統(tǒng)，分別由氣載超聲接收器和一裝在板上的轉(zhuǎn)換器所接收到的信號(hào)；圖11表示發(fā)送裝置的第二實(shí)施例(現(xiàn)有技術(shù))；圖12A和12B表示上部偏壓元件的兩種不同形式(現(xiàn)有技術(shù))；圖13表示現(xiàn)有技術(shù)的消除器的第二實(shí)施例；圖14是表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的手持裝置的一遠(yuǎn)端部分的剖面圖，該手持裝置具有遠(yuǎn)離描繪筆尖的一超聲接收器或發(fā)送器裝置，能夠?qū)γ枥L筆尖本身進(jìn)行三角測量；圖15是表示根據(jù)本發(fā)明另一方面的手持裝置的剖面圖，該手持裝置具有適配在操作儀器前面位移處的一保持器和由操作儀器操作的微型開關(guān)；圖16表示根據(jù)本發(fā)明另一方面的一種方法的圖形描述，該方法旨在提高信號(hào)噪聲比；圖17是根據(jù)本發(fā)明另一方面的一手持裝置的剖面圖，該手持裝置具有適配在操作儀器前方位移處的一保持器和用于控制一超聲發(fā)送器的頻率的一控制器，以表示操作儀器的改變；圖18是根據(jù)本發(fā)明另一方面的一手持裝置的剖面圖，該手持裝置能發(fā)送頻率編碼的超聲信息；圖19是根據(jù)本發(fā)明另一方面的一手持裝置一遠(yuǎn)端部分的剖面圖，該手持裝置具有通向外殼的紅外線連接；圖20是根據(jù)本發(fā)明另一方面的遙控手持裝置的剖面圖，該手持裝置能通過遙控連接線接收操作指令；
圖21是根據(jù)本發(fā)明另一方面的手持裝置剖面圖，該手持裝置具有一透明的超聲裝置圍繞在操作儀器的操作端部周圍。
優(yōu)選實(shí)施例的描述本發(fā)明是一種能用于一板或屏幕的手持裝置，該手持裝置配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)能被用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。特別是，本發(fā)明能被用于對(duì)描繪在一描繪板表面上的圖像或文本數(shù)據(jù)進(jìn)得數(shù)字化，以及能被用于對(duì)有關(guān)屏幕如計(jì)算機(jī)屏幕的注釋進(jìn)行數(shù)字化。
為了更好地理解如圖14-21所示的本發(fā)明，首先來參考圖1-13所示的傳統(tǒng)的(即現(xiàn)有技術(shù)中的)手持裝置的結(jié)構(gòu)和操作，圖1-13是從PCT/IL98/00093中復(fù)制來的。
圖1中表示出了一描繪板數(shù)字化系統(tǒng)，該系統(tǒng)總體上由10表示，它是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的原理來制造和操作的，圖中表示出了一在具有不同組超聲接收器的區(qū)域之間的轉(zhuǎn)換區(qū)域(switch zone)。
一般來說，系統(tǒng)10的特征在于一描繪板12，該描繪板可以是任何傳統(tǒng)類型的描繪板，它設(shè)有眾多的超聲接收器裝置14、16、18。超聲接收器裝置14、16、18最好被安裝在一條帶20中，這條帶20適于與不同大小和厚度的描繪板方便地相連接。這種連接可以通過任何形式的夾子或卡子來實(shí)現(xiàn)。帶20的另一個(gè)特征在于一紅外線(IR)接收器22。最好是設(shè)置一個(gè)蓋(圖中未示)，用于為超聲接收器裝置14、16、18和紅外線接收器22遮住來自板12的聲音和輻射。系統(tǒng)10利用一可移動(dòng)元件來操作，該可移動(dòng)元件具有超聲和紅外線發(fā)送器，它的一個(gè)例子將在下面被詳細(xì)描述。可移動(dòng)元件目前的位置是通過三角量由超聲信號(hào)從可移動(dòng)元件到接收器裝置的通過時(shí)間(TOF)來得出的。紅外線信號(hào)提供同步信息，并載有其它的信息，例如所用寫筆的顏色。
原則上說，兩個(gè)超聲接收器就足夠唯一確定一可移動(dòng)元件與板12的接觸位置。然而，為了在一大板上的整個(gè)區(qū)域上進(jìn)行可靠的超聲接收，系統(tǒng)10采用了多于一組的接收器。因此，在圖示的系統(tǒng)中，第一組接收器被定義為超聲接收器裝置14和16這一對(duì)，第二組接收器被定義為超聲接收器裝置16和18這一對(duì)。顯然，這樣定義的第一組超聲接收器的位置是很好的，當(dāng)可移動(dòng)元件位于由A所示的第一區(qū)域內(nèi)時(shí)，有利于從發(fā)送器接收一超聲信號(hào)，第二組超聲接收器的位置也是很好的，當(dāng)可移動(dòng)元件位于由C所示的區(qū)域內(nèi)時(shí)，有利于接收信號(hào)。因此，當(dāng)可移動(dòng)元件位于區(qū)域A內(nèi)時(shí)，從超聲接收器14和16的輸出中得出可移動(dòng)元件的位置，當(dāng)可移動(dòng)元件位于區(qū)域C內(nèi)時(shí)，從超聲接收器16和18的輸出中得出可移動(dòng)元件的位置，這樣，就能獲得優(yōu)化的精度和可靠性。
當(dāng)可移動(dòng)元件在板12上橫移時(shí)，為了在跟蹤可移動(dòng)元件的位置的過程中避免可能造成的不連續(xù)性，一些結(jié)構(gòu)在區(qū)域A和C之間設(shè)置了一轉(zhuǎn)換區(qū)域，該轉(zhuǎn)換區(qū)域由B表示。在轉(zhuǎn)換區(qū)域B內(nèi)，可移動(dòng)元件當(dāng)前的位置是根據(jù)從第一和第二組接收器的輸出計(jì)算出的位置的加權(quán)函數(shù)得出的。該加權(quán)函數(shù)隨著位置經(jīng)過轉(zhuǎn)換區(qū)域B而平穩(wěn)地變化，從而當(dāng)可移動(dòng)元件到達(dá)第一區(qū)域A邊界時(shí)，函數(shù)值達(dá)到由第一組接收器計(jì)算出的值，并且當(dāng)可移動(dòng)元件到達(dá)第二區(qū)域邊界時(shí)，函數(shù)值達(dá)到由第二組接收器計(jì)算出的值。
圖2表示出了該加權(quán)函數(shù)隨著移過板12的距離的典型的變化情況。在此，曲線24對(duì)應(yīng)于用于第一組超聲接收器的加權(quán)系數(shù)，曲線26對(duì)應(yīng)于用于第二組超聲接收器的加權(quán)系數(shù)。在這個(gè)例子中，在轉(zhuǎn)換區(qū)域B內(nèi)的變化是線性的。然而，也可根據(jù)需要來采用其它更復(fù)雜的函數(shù)。在區(qū)域A內(nèi)，曲線24恒定在1處，曲線26為0，而在區(qū)域B內(nèi)，這些值卻是相反。
應(yīng)當(dāng)注意到，根據(jù)所述系統(tǒng)，對(duì)可移動(dòng)元件的當(dāng)前位置的計(jì)算需要對(duì)加權(quán)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，這些加權(quán)系數(shù)本身是位置的一個(gè)函數(shù)。有許多種方法可以回避這種循環(huán)計(jì)算。最簡單的是，由于以短間隔重復(fù)地對(duì)位置進(jìn)行測量，因此，假設(shè)新的當(dāng)前位置與先前測量的位置相距很小，這是合理的。于是，利用最后測量的位置來計(jì)算后一個(gè)測量的加權(quán)系數(shù)，也是合理的?；蛘呤牵瑸榱诉M(jìn)行初始測量，可以用任選某一加權(quán)系數(shù)例如每一組均選0.5來進(jìn)行近似測量。
除了轉(zhuǎn)換區(qū)域算法以外，優(yōu)選地是，超聲接收器被設(shè)置得足夠近，以便能提供一定程度的測量冗余。這個(gè)測量冗余能被用于(通常與轉(zhuǎn)換區(qū)域的考慮無關(guān))對(duì)精度進(jìn)行自檢以及標(biāo)明可能暫時(shí)發(fā)生的任何錯(cuò)誤測量。
具體地說，如果接收器14、16、18是共線的，具有相等的間距A，由通過時(shí)間(TOF)計(jì)算所測得的距每個(gè)接收器的距離分別為S1、S2和S3，那么，簡單的三角如下S12-2S22+S32＝2A2(常數(shù))通過只要有可能獲得三個(gè)同時(shí)的通過時(shí)間(TOF)測量值，就計(jì)算這個(gè)和值，于是系統(tǒng)就能繼續(xù)檢測它是否在可接受的精度范圍內(nèi)作用。在發(fā)現(xiàn)明顯錯(cuò)誤的情況下，可以執(zhí)行進(jìn)一步的基于統(tǒng)計(jì)的自分析算法，以例確定哪一個(gè)接收器產(chǎn)生了錯(cuò)誤的讀取，并暫時(shí)把那個(gè)接收器從位置計(jì)算中排除掉。
現(xiàn)在來參照圖3和4，對(duì)用于描繪板數(shù)字化系統(tǒng)的一超聲接收器裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行描述。該超聲接收器總體上由30表示。
一般來說，超聲接收器裝置30包括第一超聲接收器32和第二超聲接收器36，其中的第一超聲接收器32位于描繪板的表面34附近，第二超聲接收器36沿大致垂直于表面34的方向上偏離第一超聲接收器32。
第一超聲接收器32和第二超聲接收器36相連接，以便產(chǎn)生一個(gè)總的輸出信號(hào)，該總的輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于它們所接收的超聲信號(hào)的幅度的瞬時(shí)和。通常，對(duì)于簡單的轉(zhuǎn)換器來說，這是通過把它們串聯(lián)起來使它們的輸出電壓可以相加來實(shí)現(xiàn)的。
圖4表示出了在極座標(biāo)內(nèi)，裝置30的靈敏度隨著在垂直于表面34的平面內(nèi)入射角而變化關(guān)系曲線圖。當(dāng)加上到達(dá)兩個(gè)接收器的超聲震動(dòng)之間的相差時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裝置30的靈敏度隨著入射角的變化而顯著變化，如圖所示。特別是，裝置30的最大靈敏度發(fā)生于這樣一個(gè)平面內(nèi)，該平面位于圖4的主葉形圖的中央，對(duì)應(yīng)于接收器32和36之間對(duì)稱平面。這個(gè)平面入射的到達(dá)從兩個(gè)接收器的信號(hào)必定具零度路徑和相差，從而產(chǎn)生一最大的幅度的輸出信號(hào)。最好通過使用蓋元件(圖中未示)來減小從n＝1的側(cè)葉型圖的接收，該蓋元件為裝置30遮擋住以大角度從表面34入射的聲音。
通過如上述那樣設(shè)置裝置30，具有最大靈敏度的平面的取向基本平行于表面34。這對(duì)于接收從描繪板(S2)附近入射的信號(hào)是很理想的。相反，裝置30對(duì)從更遠(yuǎn)離描繪板入射的信號(hào)(S1)的靈敏度被大大減小了。這種方向特性非常有助于把重要的超聲信號(hào)分離到數(shù)字化系統(tǒng)，從而信號(hào)噪聲比。這允許使用更低的傳送器強(qiáng)度和/或更大的描繪板，從而解決了由大范圍的通常噪聲源所產(chǎn)生的問題。應(yīng)當(dāng)注意到，平行于表面34的裝置30的靈敏度圖形基本上仍然是不定向的，這與單個(gè)接收器的圖形是類似的。
現(xiàn)在參照圖5至7來描述用于數(shù)字化系統(tǒng)中的描繪儀器42的一發(fā)送裝置，該發(fā)送裝置總體上由40表示。
一般來說，發(fā)送器裝置40包括一外殼44，該外殼44具有大致呈圓筒形的開口46，該開口46終止于外殼下端的一環(huán)形楔面48，該環(huán)形楔面48具有一中間孔50。描繪儀器42被接收在開口46內(nèi)，使它的操作端部52通過孔50伸出。
發(fā)送裝置40還包括一保持器54，該保持器呈蓋狀，能與開口46的上端相連，以便在外殼44內(nèi)把描繪儀器42保持入位。保持器54的特征在于一彈簧元件56，該彈簧元件56用于把描繪儀器42向環(huán)形楔面48偏壓。一超聲發(fā)送器58被安裝在鄰近孔50的外殼44的下表面上。彈簧元件56最好設(shè)有一成形的接合表面60，該接合表面60的特征在于它用于對(duì)描繪儀器的后端進(jìn)行對(duì)中。通常，接合表面60具有一軸向錐形突起，如圖所示，用于通過與一后面的軸向槽配合，從而對(duì)描繪儀器進(jìn)行對(duì)中，其中的后面的軸向槽是幾乎所有的描繪板寫筆都要用的?；蛘呤?，接合表面60可設(shè)有一錐形槽或用于對(duì)描繪儀器的后部進(jìn)行對(duì)中的其它技術(shù)特征。
應(yīng)當(dāng)注意到，環(huán)形楔面48和設(shè)有接合表面60的接彈簧元件56的組合是用于把在一長度和寬度范圍內(nèi)的描繪儀器保持在圓筒形開口46內(nèi)，使得描繪儀器不與外殼44的側(cè)面接觸。這種結(jié)構(gòu)使得發(fā)送器裝置40不受描繪儀器寬度變化的影響。為了使一接觸敏感的微型開關(guān)能有效地操作，避免與外殼44側(cè)面的摩擦接觸也是很重要的，這將在下面被介紹。
超聲傳送器58被做成大至呈圓筒形的壓電發(fā)送器元件，它被連接在中間孔50周圍的外殼44下端。這種結(jié)構(gòu)確保在使用時(shí)，圓筒形發(fā)送器與描繪儀器42共軸，對(duì)操作端部52附近的一部分描繪儀器42進(jìn)行限定。由于這種結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，使得描繪儀器42的位置的通過時(shí)間(TOF)的測量完全與發(fā)送器裝置40的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)無關(guān)。此外，通過把發(fā)送器圓筒58的徑向尺寸加到根據(jù)通過時(shí)間(TOF)計(jì)算出的數(shù)值就能非常精確地確定操作端部52的位置。
發(fā)送器裝置40通常還具有的特征為至少一個(gè)電磁連通元件，通常為一紅外線發(fā)送器60，最好是間隔設(shè)置在外殼44下端周圍的大約四個(gè)這樣的發(fā)送器。這就確保了在任何時(shí)候至少有一個(gè)紅外線發(fā)送器60正確地面對(duì)安裝在描繪板上的一紅外線接收器。應(yīng)當(dāng)注意到，也可采用一種相反的結(jié)構(gòu)，即在這種相反的結(jié)構(gòu)中，紅外線連接是用安裝在板上的發(fā)送器形成的并且裝置40也可應(yīng)用。如果三個(gè)超聲接收器被用于計(jì)算每個(gè)位置，那么也可以省去這個(gè)紅外線連接。然而，為了提供比單純的基于超聲的系統(tǒng)更高的精度，同時(shí)，避免了在發(fā)送器裝置內(nèi)需用復(fù)雜的紅外線信號(hào)處理電路，所述結(jié)構(gòu)是較好的。此外，紅外線發(fā)送器允許發(fā)送附加信息，如寫筆顏色等。
超聲發(fā)送器58和紅外線發(fā)送器60在電池供電的電路控制下被啟動(dòng)。電路和電池均位于外殼44的隔室62內(nèi)。
發(fā)送器裝置40的特征在于有一個(gè)開關(guān)，用于監(jiān)測操作端部52與書寫板表面的接觸情況。這個(gè)開關(guān)與電路相連，并被用于接通超聲發(fā)送器58和紅外線發(fā)送器60。該開關(guān)被做成一微型開關(guān)，以便對(duì)由描繪儀器42作用在環(huán)形楔面48上的作用力的變化作出反應(yīng)。
圖6A-6C表示出了這種微型開關(guān)的結(jié)構(gòu)，其總體上由64表示。微型開關(guān)64由三功能層形成。首先，一基層66設(shè)有微型開關(guān)的兩接觸端，一個(gè)單一的周邊接觸端68和一組共同接觸端70，這組共同接觸端70繞基層66中心間隔設(shè)置。在基層66的頂部，有一層傳導(dǎo)性彈性泡沫層72，該泡沫層72具有一些切口孔74，這些切口孔74與接觸端70相對(duì)。第三剛性傳導(dǎo)層76位于泡沫層72的上部。傳導(dǎo)層76具有與孔74對(duì)齊的小的傳導(dǎo)性向下突起78。一上蓋80與環(huán)形楔面48成為一體，該上蓋80松松地與基層66相連，以便使這個(gè)結(jié)構(gòu)聯(lián)合起來，同時(shí)允許足夠的豎直，以便對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作。每層都具有一中間孔，這些中間孔一起與圖5中的孔50相對(duì)應(yīng)。
在非壓縮狀態(tài)下，在周邊接觸端68與泡沫層72之間以及在泡沫層72與上部傳導(dǎo)層76之間形成傳導(dǎo)接觸。然而，由于泡沫層72的厚度阻止了突起78與內(nèi)部接觸端70的抵觸，因此，開關(guān)仍然是打開的。當(dāng)施加壓力對(duì)微型開關(guān)64進(jìn)行壓縮時(shí)，泡沫層72被壓縮，直到突起78與內(nèi)部接觸端70接觸，從而就使開關(guān)關(guān)閉。原則上，釋放壓力就能允許泡沫層回到它的初始狀態(tài)，從而中斷電路。然而，事實(shí)上，泡沫層的卸載反應(yīng)時(shí)間通常非常緩慢。由于這個(gè)原因，于是就在基層66與上部傳導(dǎo)層76之間安裝一彈簧82，從而當(dāng)壓力被釋放時(shí)，上部傳導(dǎo)層76被迅速提升，于是就使電路中斷。
很顯然，當(dāng)描繪儀器42不使用時(shí)，彈性元件56向下把描繪儀器擠向環(huán)形楔面48，從而關(guān)閉微型開關(guān)64。當(dāng)用描繪儀器42在描繪板上描繪時(shí)，一個(gè)作用力就朝外殼44作用在描繪儀器42的操作端部52上，使得描繪儀器44稍微反沖彈性元件56。這就減小了作用在環(huán)形楔面48上的壓力，微型開關(guān)64的電路打開。發(fā)送器裝置40的電路至少對(duì)微型開關(guān)64的打開作出反應(yīng)，以便通過發(fā)送器裝置40影響所發(fā)送的信號(hào)。
圖6B表示出了微型開關(guān)64與超聲發(fā)送器58及紅外線發(fā)送器60組裝在一起。圖6C表示出了一對(duì)彈性元件84被安裝在環(huán)形楔面48內(nèi)，從而能抓緊插入中間孔50的一描繪儀器的端部。這就確保了微型開關(guān)的上層對(duì)描繪元件42的移動(dòng)是敏感的。
對(duì)于微型開關(guān)64，應(yīng)當(dāng)注意到，開關(guān)的正確操作取決于描繪儀器42擠壓彈性元件56的軸向移動(dòng)的自由度。由于這個(gè)原因，因此，重要的是當(dāng)保持器54被連接時(shí)，彈性元件56不被完全壓縮。
圖7表示出了把保持器54連接到外殼44上的一連接構(gòu)件的一個(gè)例子，其中，側(cè)向突起86與槽88配合，槽88被做成當(dāng)完全配合時(shí)能提供一個(gè)釋放間距90。釋放間距90被設(shè)計(jì)成至少有足以允許微型開關(guān)64移動(dòng)的操作范圍。
圖11中表示出了發(fā)送器裝置40的第二部分。與圖5中所示的結(jié)構(gòu)類似，裝置40被用于描繪儀器42。發(fā)送裝置40的特征還在于具有圓筒形開口46的外殼44。然而，現(xiàn)在的圓筒形開口46的終止下端具有一墊圈134。墊圈134的特征在于有一中間孔136，描繪儀器42的操作端部52穿過這個(gè)中間孔136。
在保持器54內(nèi)，發(fā)送器裝置40的特征是有一個(gè)不同類型的保持器，這個(gè)保持器是一個(gè)夾持器138。夾持器138通過一鉸鏈137被鉸接在外殼44的上端，并使描繪儀器42基本上位于開口46的中央。夾持器138通過一鎖定銷139鎖定在外殼44上。夾持器138的特征是有一彈性元件140，該彈性元件140用于把描繪儀器42向墊圈134偏壓。位于墊圈134附近的第二彈性元件幫助進(jìn)一步在開口46內(nèi)偏壓和對(duì)中描繪儀器42。彈性元件140比第二彈性元件142更強(qiáng)。描繪儀器42還設(shè)有一蓋143。
為了把描繪儀器42維持在對(duì)中的位置，夾持器138具有一上部偏壓元件144。上部偏壓元件144是圖12A和圖12B所示形狀中任何一種。圖12A表示出了具有一軸向錐形突起146的上部偏壓元件144，其中的軸向錐形突起146用于與一后部軸向槽148配合，從而對(duì)描繪儀器42進(jìn)行對(duì)中，對(duì)于這個(gè)后部軸向槽148，它是大多數(shù)描繪寫筆都共有的。然而，這個(gè)實(shí)施例只限于用于具有特定直徑的軸向槽148的描繪板寫筆，這是由于在不同的寫筆之間軸向槽148直徑是不一致的。另外一種優(yōu)選的方案是，上部偏壓元件144具有一槽150，描繪儀器42的上端插入這個(gè)槽150內(nèi)，如圖12B所示。這第二種結(jié)構(gòu)具有的優(yōu)點(diǎn)是它能用于大多數(shù)描繪板寫筆，這是由于這些寫筆的外部直徑大致是一致的。
上部偏壓元件144、墊圈134、彈性元件140和142的組合的優(yōu)點(diǎn)是能使各種長度和外徑的描繪儀器在圓筒形開口46內(nèi)中間對(duì)齊，基本上不與外殼44的側(cè)面接觸。如針對(duì)圖5所作的描述那樣，為了有效地操作一接觸敏感的微型開關(guān)152，避免與外殼44的摩擦接觸也是很重要的。
夾持器138還具有一壓敏元件152，該壓敏元件具有兩個(gè)部分，一銷154和一印制電路板156。銷154與上部偏壓元件144接觸，用于監(jiān)測何時(shí)描繪儀器42與描繪板接觸。在結(jié)合后，這兩部分允許發(fā)送器裝置40去監(jiān)測何時(shí)已與描繪板接觸。
發(fā)送器裝置40的特征還在于具有超聲發(fā)送器58和紅外線發(fā)送器60，這與圖5中所示的結(jié)構(gòu)類似。超聲發(fā)送器58和紅外線發(fā)送器60在電路158的控制下被啟動(dòng)，電路158最好是由一電池160供電。電路158和電池160都設(shè)置在外殼44的夾持器138內(nèi)。
下面將參照圖8A-8C來描述發(fā)送器裝置40的發(fā)送圖形。圖8A表示微型開磁64所測量的描繪儀器42作為時(shí)間的一個(gè)函數(shù)的接觸圖形。在第一時(shí)間段100期間，描繪儀器42與描繪板保持接觸并延長一段時(shí)間，以便描繪出一連續(xù)形狀。然后，在第二時(shí)間段102期間，描繪儀器42被用于畫一系列短的獨(dú)立的筆劃，以便畫出一條虛線。
如上所述，一些數(shù)字化系統(tǒng)在獲得每個(gè)筆劃開始方面會(huì)受到明顯的滯后。這是因?yàn)槊慨?dāng)寫筆接觸時(shí)發(fā)送器就被啟動(dòng)，而每當(dāng)寫筆停止接觸時(shí)，發(fā)送器就被中斷。結(jié)果是，每個(gè)筆劃都是從一死寂時(shí)間開始，在這個(gè)死寂時(shí)間內(nèi)，接收器系統(tǒng)進(jìn)行同步處理并鎖定到發(fā)送信號(hào)上。圖8B表示出了這種系統(tǒng)的結(jié)果。在時(shí)間段100期間，這種影響不是很嚴(yán)重。在這個(gè)時(shí)間段開始時(shí)雖然有一小的信號(hào)丟失，但是大部分筆劃能被良好地記錄下來。然而，在時(shí)間段102期間，系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間與筆劃的長度相差不大。結(jié)果是，虛線幾乎完全丟失。
為了解決這個(gè)問題，在每個(gè)筆劃結(jié)束之后的一段給定期間內(nèi)在發(fā)送器裝置40與接收器系統(tǒng)之間保持同步。通常，這是通過在微型開關(guān)64停止向描繪儀器的操作端部指示作用在外殼上的作用力之后一段給定的時(shí)間間隔內(nèi)電路繼續(xù)操作紅外線發(fā)送器60來實(shí)現(xiàn)的。通過由電路在滯后期間使超聲發(fā)送器失去作用，或者通過改變紅外線信號(hào)的內(nèi)容來指示一非接觸寫筆狀態(tài)，這樣就能避免錯(cuò)誤的描繪信號(hào)。
圖8C表示出所述發(fā)送器裝置40的反應(yīng)曲線圖形。在一個(gè)單一筆劃的初始期間，它的反應(yīng)曲線與綜合度小一些的裝置的反應(yīng)曲線沒有什么不同。但是，當(dāng)遇到短的重復(fù)的筆劃時(shí)，發(fā)送器裝置40在筆劃之間保持同步，從而一旦微型開關(guān)64接通，就立即提供一精確的響應(yīng)。
現(xiàn)在將參照圖9來描述用于描繪板數(shù)字化系統(tǒng)的擦除器，該擦除器總體上由104表示。用于數(shù)字化系統(tǒng)的擦除器元件的一個(gè)主要問題就是通常只應(yīng)用了一部分擦除器表面。由于數(shù)字化系統(tǒng)通常不能區(qū)分擦除器的平面接觸和邊緣接觸，因此，被數(shù)字化的圖像常常顯示出一個(gè)比實(shí)際上從描繪板上擦除的區(qū)域更大的擦除區(qū)域。為了解決這個(gè)問題，擦除器104被做成使擦除器表面自己定向成與描繪板表面平行。這就確保了總能精確確定擦除器元件的接觸區(qū)域。
因此，擦除器104具有一手柄106和一擦除元件108，其中的擦除元件108具有一大致平面的擦除表面110。手柄106和擦除元件108通過一轉(zhuǎn)動(dòng)接頭112相連，這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)接頭112通常為球-座形式，它具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。轉(zhuǎn)動(dòng)接頭112的使用確保了在使用中擦除元件108促使擦除表面110與描繪板表面平行，而基本上與手柄106的握持方向無關(guān)。
控除器104的特征在于傳送器裝置的特征類似于上述的發(fā)送器裝置40的特征。這包括一圓筒形超聲發(fā)送器元件114、眾多的紅外線發(fā)送器116和一電路/電池塊118。通過一彈跳銷裝置120把手柄106與轉(zhuǎn)動(dòng)接頭112相連。在銷裝置120的基座內(nèi)安裝一壓敏微型開關(guān)122，用于監(jiān)測手柄106與擦除元件108的接觸壓力。從電路118到發(fā)送器114和116的連線最好在銷裝置120內(nèi)軸向設(shè)置，并通過轉(zhuǎn)動(dòng)接頭112。
擦除表面110是圓形的，圓筒形超聲發(fā)送器元件114被設(shè)置成使它的軸線與擦除表面110的中心對(duì)齊。通過把圓筒的半徑加到通過時(shí)間(TOF)測量值上，這種結(jié)構(gòu)能精確確定擦除圈的中心，因此，也就能精確確定由擦除表面110所覆蓋的整個(gè)區(qū)域。于是，擦除器104就能提供比現(xiàn)有技術(shù)中的裝置更高的精確度以及對(duì)擦除區(qū)域的確定精度。
圖13表示出了第二實(shí)施例的一擦除器162。擦除器162被用于擦除一小區(qū)域，特別是用于擦除一窄寬度的區(qū)域，因此，它可以被叫做“窄帶擦除器”。與擦除器104類似，擦除器162具有一手柄164和一擦除元件166，擦除元件166具有一大致平的擦除表面168。然而，手柄164通過一壓敏元件170與擦除元件166相連。壓敏元件170包括一彈簧172，從而當(dāng)至少一部分擦除表面168接觸描繪板時(shí)，就向一接觸開關(guān)174發(fā)送一信號(hào)。接觸開關(guān)174包括一印制電路板176和電路178，該電路使得接觸開關(guān)174能確定擦除表面168何時(shí)接觸描繪板。這與擦除器104的壓敏開關(guān)122相類似。
另外一種確定接觸描繪板的方法采用擦除器162的下列特征。擦除表面168具有兩個(gè)接觸微型開關(guān)180，這兩個(gè)接觸微型開關(guān)180大致設(shè)置在擦除表面168的每一端，并在功能上與圖6中的接觸微型開關(guān)64類似。如果只有一個(gè)接觸微型開關(guān)180監(jiān)測到與描繪板接觸，那么就只擦除一小區(qū)域，例如只擦除一字母。但是，如果兩個(gè)接觸微型開關(guān)180都監(jiān)測到與描繪板接觸，那么，將會(huì)擦除具有擦除表面168的長和寬的區(qū)域。
與擦除器104類似，擦除器162還具有發(fā)送器裝置特征。具體地說，擦除器162具有至少一個(gè)，優(yōu)選是兩個(gè)圓筒形超聲發(fā)送器182，該超聲發(fā)送器182被設(shè)置在手柄內(nèi)164內(nèi)，優(yōu)選的方案是大致設(shè)置在手柄164的每一端。由于每個(gè)超聲發(fā)送器182被設(shè)置在手柄164內(nèi)，因此，擦除器162的特征還在于每個(gè)超聲發(fā)送器182具有一個(gè)超聲傳導(dǎo)管184。每個(gè)超聲傳導(dǎo)管184從手柄164延伸到擦除元件166，從而使得超聲信號(hào)從每個(gè)超聲發(fā)送器182向下傳送。擦除器162的每個(gè)超聲發(fā)送器182還具有一個(gè)反射錐186。反射錐186最好設(shè)置在擦除元件166內(nèi)，并向所有方向反射超聲波。
擦除器162還具有兩個(gè)紅外線發(fā)送器188，這兩個(gè)紅外線發(fā)送器188大致設(shè)置在手柄164的每一端。每個(gè)紅外線發(fā)送器188具有一紅外線反射器190，該紅外線反射器190也是設(shè)置在手柄164內(nèi)，其功能與反射錐186類似。
現(xiàn)在來參照圖10，圖中表示出了用于一描繪板數(shù)字化系統(tǒng)的發(fā)送裝置的另一實(shí)施例的操作原理。這個(gè)裝置除了不需要微型開關(guān)64以外，它總體上與上面描述的發(fā)送裝置40相類似，而是借助通過板的震動(dòng)傳遞來確定筆與板的接觸。
如前面所述，采用通過板的傳遞的數(shù)字化系統(tǒng)精確度差，而且依賴于特定設(shè)計(jì)的板。然而，它們的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)在于固有的筆板接觸確定。在描述這個(gè)例子中的現(xiàn)有裝置，利用只用于接觸監(jiān)測的通過板的監(jiān)測，把這個(gè)特征與所有的由氣載超聲系統(tǒng)所提供的精度優(yōu)點(diǎn)以及不依賴于板設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合起來。
因此，這個(gè)實(shí)施例可以被用于與圖1中相類似描繪板系統(tǒng)，加入一個(gè)與板(圖中未示)相連的轉(zhuǎn)換器，以便監(jiān)測從板傳遞的發(fā)送器的震動(dòng)。接收器系統(tǒng)的處理器對(duì)氣載超聲接收器的輸出作出響應(yīng)以便計(jì)算出發(fā)送器的當(dāng)前位置，并且對(duì)安裝在板上的轉(zhuǎn)換器的輸出作出響應(yīng)以便確定描繪儀器與板之間的接觸，從而確定出描繪儀器的操作筆劃。
圖10中清楚的表示出了這個(gè)系統(tǒng)的原理，其中，曲線130表示來自其中一個(gè)超聲接收器裝置的信號(hào)，曲線132表示來自安裝在板上的轉(zhuǎn)換器的信號(hào)。曲線130顯示出一連串的脈沖，這是由于根據(jù)這個(gè)實(shí)施例，只要寫筆在使用狀態(tài)中，發(fā)送器就連續(xù)地操作。另一方面，曲線132只記錄了在寫筆與板接觸期間相應(yīng)的脈沖。盡管曲線132的信號(hào)質(zhì)量通常是不太好的，但是它卻足以對(duì)接觸還是非接觸狀態(tài)進(jìn)行確定。
參照圖14-21和附圖，可以更好地理解本發(fā)明的數(shù)字化系統(tǒng)和手持裝置的原理和操作情況。
在詳細(xì)描述本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)知道本發(fā)明在應(yīng)用上并不局限于下面的描述的或附圖中所示的部件的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能采用其它的實(shí)施例或以各種方式來實(shí)施。此外，應(yīng)當(dāng)知道，在本文中所用的短語和術(shù)語是為了描述的目的，而不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。
本發(fā)明對(duì)上述的現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字化系統(tǒng)提出了幾種改進(jìn)，這使得這種系統(tǒng)的使用更精確和/或更舒適。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于一板的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置寫在板上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。圖14中表示出了根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面的手持裝置，在下文中該手持裝置被表示為裝置200。
裝置200包括一外殼202。外殼202內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室204。腔室204終止于外殼202的一遠(yuǎn)端206的中間孔208，該中間孔208與腔室204相通。外殼202用于接收一描繪儀器212主體的一部分，使得描繪儀器的筆尖214從中間孔208伸出。外殼202設(shè)有許多開口216，這些開口在外殼202的遠(yuǎn)端206處沿周向布置，并與腔室204相通。
裝置200還包括一超聲接收器或發(fā)送器裝置220，優(yōu)選的是一壓電超聲接收器或發(fā)送器裝置。裝置220被安裝在外殼202內(nèi)，并遠(yuǎn)離描繪筆尖214，但位于腔室204鄰近處。裝置220用于通過腔室204一許多開口216接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，從而能利用與板適當(dāng)聯(lián)系的相容的接收器/發(fā)送器對(duì)描繪筆尖進(jìn)行三角測量。
本發(fā)明這個(gè)方面在結(jié)構(gòu)上具有一些優(yōu)點(diǎn)，其中，帶有超聲接收器/發(fā)送器的這種裝置被設(shè)置在筆尖附近，并使得描繪儀器通常是窄的那一部分變薄了。利用通過腔室204和開口216(反之亦然)，從而確保了對(duì)描繪筆尖進(jìn)行精確的三角測量，盡管這個(gè)帶有超聲接收器/發(fā)送器的手持裝置與之相距甚遠(yuǎn)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以對(duì)前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它特征與根據(jù)本發(fā)明各方面的將被描述的手持裝置的新特征進(jìn)行結(jié)合來操作裝置200。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置寫在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。圖15中表示出了根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的手持裝置，在下文中將被稱作裝置300。
裝置300包括一外殼302。外殼302內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室304。腔室304終止于外殼302的一遠(yuǎn)端306，遠(yuǎn)端306具有中間孔308，該中間孔308與腔室304相通。外殼302用于通過孔308接收和釋放一可拆卸連接的操作儀器312的主體310的一部分，并使操作儀器的筆尖314從中間孔308伸出。
因此，根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面，能對(duì)操作儀器312進(jìn)行前部加載和更換，以便當(dāng)根據(jù)需要或要求更換儀器312時(shí)，有助于使裝置300的這些電子元件不受干擾。這又會(huì)使這種裝置結(jié)構(gòu)簡單且成本低。
裝置300還包括一保持器316。保持器316被安裝在外殼302內(nèi)，用于可釋放地把可拆卸連接的操作儀器312保持在外殼302內(nèi)。
裝置300還包括一超聲接收器或發(fā)送器裝置318，優(yōu)選的是一壓電超聲接收器或發(fā)送器裝置。裝置318被內(nèi)部地或外部地(如圖所示)與外殼302相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)。在圖示的例子中，裝置318具有一種環(huán)形結(jié)構(gòu)，并圍繞在儀器312的操作端部314周圍。然而，應(yīng)當(dāng)知道，其它結(jié)構(gòu)，例如裝置318相對(duì)于裝置200被遠(yuǎn)遠(yuǎn)地設(shè)置在外殼302內(nèi)，這些結(jié)構(gòu)也是可以想象得到的。
裝置300還包括一微型開關(guān)320，該微型開關(guān)320被設(shè)置在外殼302內(nèi)。當(dāng)微型開關(guān)320被主體310的一近端322接觸時(shí)，該微型開關(guān)320就被接通，以便對(duì)作用在操作儀器312的操作端部314上的作用力作出響應(yīng)。微型開關(guān)的結(jié)構(gòu)和操作在上面已根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)部的裝置被進(jìn)一步描述了。在此引用這些描述來說明微型開磁320的結(jié)構(gòu)和操作。
可以預(yù)想得到采用接觸致動(dòng)的微型開關(guān)和壓力致動(dòng)的微型開關(guān)。盡管在第一種情況中，全部有無響應(yīng)都被檢測，但在后種情況中，連續(xù)變量的檢測是則是可選的。在這種情況中，壓力信息能對(duì)關(guān)于所用操作儀器的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。
在任何情況下，由微型開關(guān)320所檢測的信息通常通過一專用的連通線例如一紅外線連通線被送到數(shù)字化系統(tǒng)。然而，可以預(yù)想得到，也可以采用下面將根據(jù)本發(fā)明的其它方面所描述的可能的方案。
裝置300還包括一電路324。電路324被設(shè)置在外殼302內(nèi)，并與微型開關(guān)320電連接，用于至少在微型開關(guān)320指示出在操作儀器312的操作端部314上作用了一作用力時(shí)影響裝置300的操作。
一電源326(例如一對(duì)電池)用于向裝置318和微型開關(guān)320提供電，以便進(jìn)行操作。
根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面和其它方面的操作儀器可以是例如一種描繪儀器、一種注釋儀器或一種擦除器。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把上面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置中的其它特征與根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面的手持裝置的新特征結(jié)合起來操作裝置300。
如圖16所示，根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種方法，該方法可以一板或屏幕數(shù)字化系統(tǒng)中操作，其中的板或屏幕數(shù)字化系統(tǒng)包括至少三個(gè)與板或屏幕表面相連的間隔設(shè)置的超聲接收器，以及具有一間歇信號(hào)發(fā)送器(例如利用發(fā)送信號(hào)時(shí)頻率為40-100kHz)的一手持裝置。該方法用于從手持裝置收集信號(hào)，并對(duì)手持裝置相對(duì)于板的移動(dòng)進(jìn)行跟蹤。
假設(shè)由手持裝置產(chǎn)生的相鄰超聲信號(hào)S1…Sn之間的時(shí)間間隔基本上是恒定不變的，并等于K。在任意一時(shí)間點(diǎn)T0，三個(gè)超聲接收器CH1、CH2和CH3中的每一個(gè)都被打開，以使接收第一信號(hào)S1。每個(gè)接收器的接收時(shí)間A11、A21和A31取決于在發(fā)送時(shí)每個(gè)接收器與手持裝置之間的距離，這樣形成在第一信號(hào)S1的實(shí)際發(fā)送與每個(gè)接收器接收的滯后時(shí)間d11、d21、d31。對(duì)于每個(gè)接收器來說，相鄰信號(hào)接收之間的時(shí)間取決于手持裝置相對(duì)于每個(gè)接收器的位置移動(dòng)和位置變化。圖16中表示出了這個(gè)時(shí)間，圖中包括一常數(shù)D，該常數(shù)D被選為短于K(例如比K小20-60％)，一取決于間隔A11，A12，…A1n；A21，A22，…A2n；和A31，A3n，…A3n的位置。信號(hào)的實(shí)際發(fā)送與每個(gè)接收器接收到這些信號(hào)之間的時(shí)間間隔由d11，d12，…d1n；d21，d22，…d2n；和d31，d32…d3n來表示。D是一個(gè)常數(shù)，它限定了任何一個(gè)接收器接收到信號(hào)之后的時(shí)間段。由于D被選擇得短于K，因此可以知道，在D期間，沒有信號(hào)會(huì)到達(dá)任何一個(gè)接收器，因此就能關(guān)閉信號(hào)的收集，或不考慮這個(gè)D時(shí)間間隔。這又會(huì)減小每個(gè)接收器收集到的背景信號(hào)，提高了系統(tǒng)的信號(hào)與噪聲的比率。
因此，為了使系統(tǒng)以一種無信號(hào)計(jì)時(shí)(signal timing free)的方式對(duì)手持裝置的位置進(jìn)行跟蹤，采用以下步驟。
第一步，選擇這種手持裝置來發(fā)送具有一預(yù)定，頻率的信號(hào)，其時(shí)間間隔等于K。
第二步，設(shè)定收集信號(hào)的一個(gè)任意的時(shí)間點(diǎn)T0，在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上每個(gè)接收器都被打開。
第三步，對(duì)于每個(gè)接收器，系統(tǒng)計(jì)算信號(hào)的實(shí)際發(fā)送和實(shí)際接收之間所用時(shí)間。例如，在信號(hào)實(shí)際發(fā)送與第一接收器實(shí)際接收到信號(hào)之間的時(shí)間按下式計(jì)算d12＝D+A12-K+d11對(duì)于每個(gè)接收器和每個(gè)信號(hào)，重復(fù)進(jìn)行這種計(jì)算。
然而，d11是未知的。為了計(jì)算d11、d21和d31，系統(tǒng)采用三個(gè)接收器的兩對(duì)，也就是CH1-CH2和CH1-CH3，或CH2-CH3，并對(duì)兩對(duì)中的每一對(duì)進(jìn)行計(jì)算在接收信號(hào)S1至Sn的時(shí)間差。應(yīng)當(dāng)知道，對(duì)于每對(duì)接收器來說，這種時(shí)間差是由一雙曲線來表示的。還應(yīng)知道，兩條雙曲線之間的交點(diǎn)表示在第一次發(fā)送時(shí)S1的手持裝置的座標(biāo)，從這個(gè)座標(biāo)就能計(jì)算出d11、d21和d31。
因此，利用所描述的這種方法，就能通過以下計(jì)算得出手持裝置的位置，這種計(jì)算為(i)計(jì)算出當(dāng)發(fā)送第一信號(hào)時(shí)手持裝置的位置，(ii)進(jìn)一步計(jì)算當(dāng)發(fā)送下一信號(hào)時(shí)手持裝置的位置的變化。
為了進(jìn)一步證實(shí)這些結(jié)果，最好進(jìn)行一些糾正。
關(guān)于第一m點(diǎn)(m通常在20與100之間，最好是約為50)的數(shù)據(jù)被收集起來。第一步，象上面所述的那樣利用成對(duì)的接收器之間的差計(jì)算出每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，計(jì)算第一數(shù)據(jù)點(diǎn)，然后接著計(jì)算后面的m-1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，第二步，把每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為后一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的參考值。然后，對(duì)這m個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的進(jìn)行平均計(jì)算，以便對(duì)結(jié)果進(jìn)行證實(shí)。
可以采用其它的平均方法，考慮到手持裝置相對(duì)于板或屏幕的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及當(dāng)在板或屏幕上描繪時(shí)拿著手持裝置的手的連續(xù)性，從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步證實(shí)。
應(yīng)當(dāng)知道，K并不總是為一常數(shù)，這是由于信號(hào)的頻率取決于所用的特定的壓電晶體以及一定程度的環(huán)境因素，例如濕度和溫度。由于上面所有的計(jì)算都依賴于K的值，因此，應(yīng)當(dāng)在一給定時(shí)間計(jì)算出關(guān)于這個(gè)系統(tǒng)的實(shí)際K值。
為了在一給定的操作時(shí)間計(jì)算出實(shí)際的K值，就采用下面的式子K＝D+A12-d12+d11d12和d11按上面所描述的進(jìn)行計(jì)算，而對(duì)于每個(gè)信號(hào)按下式重復(fù)計(jì)算K值Kj=(j-1)Kj-1+Kjj]]>
式中，j是最后一個(gè)取樣的信號(hào)，例如第一千個(gè)信號(hào)。于是就能為每個(gè)信號(hào)計(jì)算出這個(gè)K值了，并進(jìn)行平均計(jì)算。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，由至少三個(gè)間隔的超聲接收器中的每一個(gè)來收集許多非參照時(shí)間的超聲信號(hào)(time non-referencedultrasound signals)，并且對(duì)于每個(gè)非參照時(shí)間的起聲信號(hào)計(jì)算出手持裝置的位置，從而能夠跟蹤手持裝置，同時(shí)參照每個(gè)信號(hào)的時(shí)間還不需要紅外線連接，這種連接對(duì)于一高能消費(fèi)者來說是公知的。
如上所述，對(duì)照K的間隔，選擇D間隔的長度，以便確保對(duì)由發(fā)送器所發(fā)送的每個(gè)實(shí)際信號(hào)的拾取，從而提供更高的信號(hào)-噪聲比，并且更精確地跟蹤手持裝置的操作端部。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都應(yīng)知道，上面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征可以與根據(jù)本發(fā)明中進(jìn)一步描述的各個(gè)方面的手持裝置的新特征結(jié)合起來以便實(shí)行這里所描述的方法。
根據(jù)另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的這種手持裝置如圖17所示，并在下文中被稱作裝置400。
裝置400包括一外殼402。外殼402內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室404。腔室404終止于外殼402一末端406，外殼402具有與腔室404連通的一中間孔408。外殼402用于通過孔408接收和釋放一可拆卸連接的操作儀器412主體410的一部分，使手持裝置的操作端部414從中間孔408伸出。操作儀器可以從選自許多不同的操作儀器，包括但不局限于例如不同顏色的描繪儀器，擦除儀器和注釋儀器。
裝置400還包括一保持器416。保持器416設(shè)置在外殼402內(nèi)，并用于可釋放地把可拆卸連接的操作儀器412保持在外殼402內(nèi)。
裝置400還包括一超聲發(fā)送器裝置418。裝置418被內(nèi)部地或如圖所示外部地與外殼402相連，以便發(fā)送許多間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，許多間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)具有稍微不同的頻率，例如在40-100kHz范圍內(nèi)，其中，每一個(gè)所用的頻率與許多可用于裝置400的不同的操作儀器412中的每一個(gè)相聯(lián)系。
根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面的裝置400還包括一控制器440，該控制器440設(shè)置在外殼402上或外殼內(nèi)，用于設(shè)定發(fā)送器裝置418以發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，該間歇超聲信號(hào)的頻率與許多不同的操作儀器412中的一個(gè)相對(duì)應(yīng)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，該數(shù)字化系統(tǒng)就知道在一給定的時(shí)間所用的操作儀器，并作出相應(yīng)的響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)知道，控制器440可以與不同的操作儀器412結(jié)合，從而把其中一個(gè)操作儀器412插入外殼402就會(huì)對(duì)所插入的操作儀器412直接進(jìn)行自動(dòng)鑒別?；蛘呤?，如圖17中具體表示出的那樣，采用一用戶界面作為控制器440的一部分。還應(yīng)知道，正如在下面將進(jìn)一步詳細(xì)描述的那樣，能通過遙控連通對(duì)控制器440進(jìn)行遙控。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征與根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的在此詳細(xì)描述的新特征結(jié)合起來，以便操作這種裝置400。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的這種手持裝置如圖18所示，并在下文中被稱作裝置500。
裝置500包括一外殼502。外殼502內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室504。腔室504終止于外殼502一末端506，外殼502具有與腔室504連通的一中間孔508。外殼502用于通過孔508接收一操作儀器512主體510的一部分，使手持裝置的操作端部514從中間孔508伸出。
裝置500還包括一超聲發(fā)送器裝置518。裝置518被內(nèi)部地或外部地與外殼502相連，用于發(fā)送兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)。兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)具有一稍微不同的頻率，例如，在40-100kHz范圍內(nèi)。
裝置500還包括一設(shè)置在外殼502內(nèi)的微型開關(guān)520。微型開關(guān)520能獲得第一操作模式或第二操作模式。當(dāng)微型開關(guān)520與主體510的一近端522接觸時(shí)就獲得第一操作模式，當(dāng)與主體510不與近端522接觸時(shí)就獲得第二操作模式。微型開關(guān)520可以是例如一接觸敏感的或壓敏的微型開關(guān)。
裝置500還包括一電路524。電路524在微型開磁520與發(fā)送器裝置518之間電連接。電路524用于把微型開關(guān)520的第一和第二操作模式中的一個(gè)操作模式與發(fā)送器裝置518連接起來，從而發(fā)送器裝置518以一種根據(jù)模式的方式發(fā)送具有不同頻率的間歇超聲信號(hào)，從而通知處理系統(tǒng)操作端部是與板或屏幕接觸還是已從板或屏幕移開。
采用了頻率編碼信息，就不需要用諸如紅外線連通的單獨(dú)的連通線來把這種信息傳遞到數(shù)字化系統(tǒng)了。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征與根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的在此詳細(xì)描述的新特征結(jié)合起來，以便操作這種裝置500。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的這種手持裝置如圖19所示，并在下文中被稱作裝置600。
裝置600包括一外殼602。外殼602內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室604。腔室604終止于外殼602一末端606，外殼602具有與腔室604連通的一中間孔608。外殼602用于通過孔608接收一操作儀器612主體610的一部分，使手持裝置的操作端部614從中間孔608伸出。
至少起源于外殼602的遠(yuǎn)端606并最好終止于外殼602的一近端的外殼602的一縱向部分615是由一種紅外線傳送材料制成的。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，外殼602全部都是由這種紅外線傳送材料制成的，并用一紅外線反射層617覆蓋，腔室604最好也用這種反射層覆蓋。適合用于外殼602的紅外線傳送材料包括但不局限于聚碳酸酯，它能被制作成包括一些使之變得不透明的顏料。
裝置600還包括一超聲接收器或發(fā)送器裝置618。裝置618被內(nèi)部地或外部地與外殼602相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)。
裝置600還包括至少一個(gè)紅外線發(fā)送器裝置630。裝置630被設(shè)置在外殼602的縱向部分615的一近端632處。紅外線發(fā)送器裝置630被用于對(duì)所發(fā)出的紅外線輻射進(jìn)行引導(dǎo)，使之通過外殼602的縱向部分615。在它的一遠(yuǎn)端，縱向部分615包括至少一個(gè)紅外線反射器634，以便把紅外線輻射反射出外殼602之外。
因此，根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面，紅外線發(fā)送器可以被設(shè)置在遠(yuǎn)離操作端部的位置處，筆尖處通常是這個(gè)裝置的最窄的區(qū)域，例如，該裝置的近端或中間部分，在許多情況下，這部分被使用者的手所遮蓋，在這種情況下儀器就不起作用了。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征與根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的在此詳細(xì)描述的新特征結(jié)合起來，以便操作這種裝置600。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的遙控手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的這種手持裝置如圖20所示，并在下文中被稱作裝置700。
裝置700包括一外殼702。外殼702內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室704。腔室704終止于外殼702一末端706，外殼702具有與腔室704連通的一中間孔708。外殼702用于通過孔708接收一操作儀器712主體710的一部分，使手持裝置的操作端部714從中間孔708伸出。
裝置700還包括一超聲接收器或發(fā)送器裝置718。裝置718被內(nèi)部地或外部地與外殼702相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)。
裝置700還包括一遙控信號(hào)接收器740，用于從一遙控信號(hào)發(fā)送器接收操作指令(遙控)，該遙控信號(hào)發(fā)送器由操作者控制。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)方面的操作指令包括‘開’和‘關(guān)’指令、操作儀器變化指令等。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征與根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的在此詳細(xì)描述的新特征結(jié)合起來，以便操作這種裝置700。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種用于一板或屏幕的手持裝置，它配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)手持裝置在板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化。根據(jù)本發(fā)明這個(gè)方面的這種手持裝置如圖21所示，并在下文中被稱作裝置800。
裝置800包括一外殼802。外殼802內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室804。腔室804終止于外殼802一末端806，外殼802具有與腔室804連通的一中間孔808。外殼802用于通過孔808接收一操作儀器812主體810的一部分，使手持裝置的操作端部814從中間孔808伸出。
裝置還包括一透明的超聲接收器或發(fā)送器裝置818。裝置818與外殼相連，并圍繞在操作端部814周圍，用于接收和發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，從而使得使用者能看得見操作端部814。透明的壓電聚合物在本領(lǐng)域中是公知的。例如，這種透明的壓電聚合物，例如包括PVdF、PVF2和P(VF2-VF3)共聚物。
應(yīng)當(dāng)知道，裝置800的這個(gè)特征是很重要的。用于對(duì)裝置818進(jìn)行定位的最直接的地點(diǎn)是在操作端部814處或在操作端部814的鄰近處，這是因?yàn)椴僮鞫瞬繉⑼ㄟ^系列的三角測量來進(jìn)行跟蹤。然而，當(dāng)利用一操作儀器時(shí)，例如一描繪或注釋儀器，在許多情況下，使用者習(xí)慣于觀察操作儀器的操作端部。在現(xiàn)有技術(shù)中的裝置中，由于在那個(gè)地點(diǎn)設(shè)置了超聲裝置，從而阻礙了使用者的這種習(xí)慣。采用一透明的裝置就克服了對(duì)使用者的這種限制。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，可以把前面所描述的現(xiàn)有技術(shù)中的手持裝置的其它一些特征與根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的在此詳細(xì)描述的新特征結(jié)合起來，以便操作這種裝置800。
雖然已經(jīng)結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是，很顯然，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說可以對(duì)本發(fā)明作出改變和變型以及采用可選方案。因此，本發(fā)明應(yīng)包括所有這些落入所附權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)和寬的范圍內(nèi)的可選方案、改變、變型。
權(quán)利要求
1.一種用于一板的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一描繪儀器主體的一部分，使得描繪儀器的描繪筆尖從所說中間孔伸出，所說外殼設(shè)有許多開口，這些開口沿周向設(shè)置在所說外殼的末端并與所說的腔室相通；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，被安裝在所說的外殼內(nèi)，遠(yuǎn)離所說描繪筆尖，但與所說的腔室相鄰，所說的這個(gè)裝置用于通過所說的腔室和所說的許多開口接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，從而能對(duì)所說的描繪筆尖進(jìn)行三角測量。
2.一種用于一板的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼通過所說孔接收和釋放一可拆卸連接的描繪儀器主體的一部分，使得描繪儀器的描繪筆尖從所說中間孔伸出；(b)一保持器，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，用于可釋放地把所說的可拆卸連接的描繪儀器保持在所說外殼內(nèi)；(c)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(d)一微型開關(guān)，設(shè)在所說外殼內(nèi)，當(dāng)該微型開關(guān)被所說主體的一近端接觸時(shí)就被接通，從而對(duì)作用在所說描繪儀器的描繪筆尖上的作用力作出響應(yīng)；(e)一電路，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，并與所說的微型開關(guān)電連接，用于至少當(dāng)所說微型開關(guān)指示出所說作用力已作用在所說描繪儀器的描繪筆尖上時(shí)影響所說裝置的操作。
3.一種用于一板或屏幕的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一遠(yuǎn)端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼通過所說孔接收和釋放一可拆卸連接的操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出，所說操作儀器是從一描繪儀器和一注釋儀器所組成的組中選擇的；(b)一保持器，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，用于可釋放地把所說的可拆卸連接的操作儀器保持在所說外殼內(nèi)；(c)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；
4.一種在板或屏幕數(shù)字化系統(tǒng)中跟蹤手持裝置的方法，其中的板或屏幕數(shù)字化系統(tǒng)包括至少三個(gè)與板或屏幕表面相連的間隔設(shè)置的超聲接收器，和具有一間歇信號(hào)發(fā)送器的一手持裝置，該信號(hào)以其間的預(yù)設(shè)的第一間隔發(fā)送，這種方法包括如下步驟由至少三個(gè)間隔設(shè)置的超聲接收器中的每一個(gè)超聲接收器收集許多非參照時(shí)間(time non-referenced)的超聲信號(hào)，并且對(duì)每個(gè)非參照時(shí)間的超聲信號(hào)計(jì)算出手持裝置的一位置，從而對(duì)手持裝置進(jìn)行跟蹤。
5.根據(jù)要求4所述的方法，其特征在于所說的至少三個(gè)間隔設(shè)置的超聲信號(hào)接收器中的每一個(gè)超聲信號(hào)接收器在接收到一信號(hào)之后，它的接收被滯后一第二時(shí)間間隔，所說的第二時(shí)間間隔短于所說的第一次時(shí)間間隔。
6.一種用于一板或屏幕的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼通過所說孔接收和釋放一可拆卸連接的操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出，所說操作儀器可以從許多不同的操作儀器中選擇；(b)一保持器，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，用于可釋放地把所說的可拆卸連接的操作儀器保持在所說外殼內(nèi)；(c)一超聲發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于發(fā)送許多間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)間歇超聲信號(hào)，所說的許多間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)間歇超聲信號(hào)具有一不同的頻率，每一個(gè)所說的頻率與所說的許多不同的操作儀器中一個(gè)操作儀器相聯(lián)系；(d)一控制器，設(shè)置在所說外殼上或外殼內(nèi)，用于設(shè)定所說的發(fā)送器裝置，以便發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，該間歇的超聲信號(hào)的頻率對(duì)許多不同的操作儀器中的一個(gè)操作儀器進(jìn)行證實(shí)。
7.一種用于一板或屏幕的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出；(b)一超聲發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于發(fā)送兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的一個(gè)間歇超聲信號(hào)，所說兩個(gè)間歇超聲信號(hào)中的每一個(gè)間歇超聲信號(hào)具有一不同的頻率；(c)一微型開關(guān)，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，該微型開關(guān)處于一第一模式或一第二模式，當(dāng)所說的微型開關(guān)與所說主體的一近端接觸時(shí)就處于所說的第一模式，當(dāng)不與所說主體的所說近端接觸時(shí)就處于所說的第二模式；(d)一電路，在所說的微型開關(guān)與所說的發(fā)送器裝置之間電連接，所說的電路用于把所說第一和第二模式中的一個(gè)模式與所說的發(fā)送器裝置聯(lián)系起來，從而使所說的發(fā)送器裝置以一種依賴模式的方式發(fā)送所說的具有不同頻率的間歇超聲信號(hào)，從而通知處理系統(tǒng)所說的操作端部是與板或屏幕接觸還是已從板或屏幕上移開。
8.一種用于一板或屏幕的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出，所說的起源于所說外殼的末端的至少一縱向部分是由一紅外線傳送材料材料制成的；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(c)一紅外線發(fā)送器裝置，設(shè)置在所說外殼的縱向部分的一近端處，所說紅外線發(fā)送器裝置被用于對(duì)所發(fā)出的紅外線輻射進(jìn)行導(dǎo)向，使紅外線輻射通過所說外殼的縱向部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手持裝置，其特征在于所說外殼的所說縱向部分配有一紅外線反射器，用于把所說的紅外線輻射反射出所說外殼之外。
10.一種用于一板或屏幕的手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處；外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(c)一壓敏微型開關(guān)，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，當(dāng)該壓敏微型開關(guān)被所說主體的一近端擠壓時(shí)，該壓敏微型開關(guān)就接通，從而對(duì)作用在所說描繪儀器的描繪筆尖上的作用力作出響應(yīng)；(d)一電路，設(shè)置在所說外殼內(nèi)，并與所說的微型開關(guān)電連接，用于至少當(dāng)所說微型開關(guān)指示出所說作用力已作用在所說描繪儀器的描繪筆尖上時(shí)影響所說裝置的操作。
11.一種用于一板或屏幕的遙控手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出；(b)一超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)；(c)一遙控信號(hào)接收器，用于從操作者控制的一遙控信號(hào)發(fā)送器接收操作指令信號(hào)。
12.一種用于一板或屏幕的遙控手持裝置，配有一處理系統(tǒng)，該處理系統(tǒng)用于對(duì)該手持裝置在所述板或屏幕上的操作筆劃進(jìn)行數(shù)字化，所述的手持裝置包括(a)一外殼，該外殼內(nèi)部具有一大致呈圓筒形的腔室，該腔室終止于所說外殼的一末端處，外殼具有與所說腔室相通的一中間孔，所說的外殼接收一操作儀器主體的一部分，使得操作儀器的操作端部從所說中間孔伸出；(b)一透明的超聲接收器或發(fā)送器裝置，與所說的外殼相連，并圍繞在所說的操作端部周圍，用于接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào)，從而使得使用者能看見所說的操作端部。
全文摘要
一種手持裝置200,包括一外殼202,該外殼內(nèi)部具有一圓筒形腔室204,該腔室終止于外殼的一末端206,外殼有一中間孔與腔室相通。外殼用于接收一描繪儀器的主體的一部分,使得描繪儀器的描繪筆尖從中間孔伸出。該裝置200還包括一超聲接收器或發(fā)送器220,該超聲接收器或發(fā)送器220被安裝在外殼內(nèi),遠(yuǎn)離描繪筆尖,但位于腔室相鄰處。這個(gè)裝置用于通過所說孔和許多開口接收或發(fā)送一間歇超聲信號(hào),從而能對(duì)描繪筆尖進(jìn)行進(jìn)行三角測量。
文檔編號(hào)G06F3/041GK1348576SQ00806215
公開日2002年5月8日 申請日期2000年4月10日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月14日
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