JPH06202786A - 光ペン - Google Patents

光ペン

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JPH06202786A
JPH06202786A JP28027993A JP28027993A JPH06202786A JP H06202786 A JPH06202786 A JP H06202786A JP 28027993 A JP28027993 A JP 28027993A JP 28027993 A JP28027993 A JP 28027993A JP H06202786 A JPH06202786 A JP H06202786A
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JP
Japan
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light
pen
tip
plm
bar
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JP28027993A
Other languages
English (en)
Inventor
Peter F Baur
エフ.バゥア ペーター
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NCR International Inc
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NCR International Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor with detection of 2D relative movements between the device, or an operating part thereof, and a plane or surface, e.g. 2D mice, trackballs, pens or pucks
    • G06F3/03542Light pens for emitting or receiving light

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【目的】コンピューター用の光ペンを与える。 【構成】本光ペンはフォトルミネッセント材料(PL
M)を含む細長いボデー部材を有する。このPLMはあ
る波長の周囲光を吸収し、その応答として別の波長の光
を放射する。放射された光は用途に応じて先端から発出
されるように、光ペンの先端に指向される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、以下に光ペンと称す
る、光を出力するペン形状のデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】光ペンは通常、従来のキーボードおよび
マウスデバイスの代わりのデータ処理システムおよびデ
ータ格納システム用の入力デバイスとして使用される。
光ペンは光感知性デジタイザまたは光感知シート材料を
含むディスプレースクリーンと組み合わせて使用され
る。光ペンはそのようなものであるので、光ペンでスク
リーンに書くことにより情報を入力することができ、大
抵はスクリーンがペンの瞬間的位置および運動経路を表
示できる。このようにしてスクリーンディスプレーはデ
ィスプレー上で書いたメッセージ、スケッチあるいは署
名等のパターンを表示する。
【0003】公知の光ペンの光源の不利な点は、比較的
破損し易いランプまたはLEDを含んでおり、ペンを落
としたりすると容易に損傷することである。光源は電源
コードまたはケーブルによって、また「コードレス」の
光ペンが必要なときは電池によって、電力供給される。
電力はまた電気接続子によっても供給されるが、電気接
続子もまた壊れ易く、ペンを落としたり使用法を誤ると
破損する。これらの構成部品は購入・組立てが一般に高
価につく。
【0004】コードレス光ペンが有利であるのは、容易
に絡まったり光ペンと干渉したりするコードがペンの運
動および使用に支障を来たすことがないことである。ま
たペンは電源供給コードでただ一つのユニットに限定さ
れることがないので、単一のコードレス光ペンを複数の
デジタイザユニットその他のデバイスに使用することが
できる。
【0005】しかしながら公知のコードレス光ペンはそ
れを使用するための電池が必要であるという欠点があ
る。電池はコードレス光ペンの運用経費を増大させる。
交換可能な電池を使用すれば、さらに運用経費がさらに
増大し、また交換電池の入手可能如何によりペンの使用
が左右されることとなる。充電式電池を採用すれば「ダ
ウンタイム」すなわちペンが使用できない期間が増大す
ることになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は電
池を必要としない、かつ経済的なコードレス光ペンを与
えることを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の光ペンは、光を
出力する先端を具えた細長いボデー部材を有する。この
ボデー部材はフォトルミネッセント材料を含み、このた
め外部の光に応答してフォトルミネッセント材料が放射
する光を上記先端から出力すべく先端まで内部反射プロ
セスを通して指向する。
【0008】
【実施例】図1に公知の光ペンの一形式が示してある。
ペン1はスポット(照明点)4を照明することによりペ
ンの位置からコンピューターがデータを得ることができ
る。例えばディスプレーは図示するような一連のボック
スを示す。ボックスは各々ユーザーが選択するいろいろ
の選択肢を示す。ユーザーは適当なボックス中に光のス
ポットを当てることにより一つの選択肢を選択する。デ
ィスプレーはいずれのボックスがその光スポットを含む
かを検出し、ユーザーが選択した選択肢を認識する。
【0009】図2は本発明の一形態に基づく光ペンを示
す。この光ペンはフォトルミネッセント材料(photolum
inescent material, PLM)の粒子を含んだ透明な材料ポ
リメチルメタクリラーテ(polymethyl methcrylate, PM
MA)で構成する棒9を含む。PLMは図示するように周
囲の光を吸収する。この吸収はPLM内の電子を高いエ
ネルギー状態に励起し、それが低いエネルギー状態に落
ち、PLMに発光させる。放射された光の一部は棒9と
空気との間の境界面で内部に反射され、棒の面取りした
端11に向けて進行する。
【0010】周囲の光の吸収を増大するため、ペンの外
表面15に反射防止塗膜が塗布される。また先端12か
ら進行してきた光を先端に反射し戻すため、先端12と
ペン反対側の端64にも反射性塗膜が塗布される。
【0011】この代わりとして、棒に高パスフィルター
として機能する塗膜を塗布することができる。これによ
って入射する光の波長の方が放射される光より短くな
り、したがってより高周波となる。このフィルターは高
周波に対して透明であるが、放射された低周波の光は阻
止し、したがってペン内の全内部反射を強める。
【0012】図2のペンの先端面12にも光の伝播を最
大にすべく誘電体を塗布することができる。すなわちペ
ンの内側から外側への伝播を最大にするように先端に塗
布を施し、ペンのボデーの塗布はこれとは反対方向の、
すなわちペンの外側から内側へ、光の伝播を最大にする
ように施す。図3はこの区別を示す。
【0013】図4に示すように、面取りした円錐形の端
は用途によってはそれに必要な光の強度を生じることが
できない。一般に、反射光線の反射角は入射角に等し
い。光線18および21はこのように反射されて棒から
成功裡に出て行く。しかし光線24は出て行かず、棒の
中に反射し戻される。
【0014】光ペンを使用する装置がより大きな出力を
必要とするなら、以下に述べる本発明の別の実施例を使
用することができる。
【0015】図5(a)に示すように屈折率に勾配があ
るレンズ(gradient-index lens、以下、「勾配屈折率
レンズ」という)を使用することができる。このレンズ
72の屈折率は図5(c)に示すようにその表面付近よ
りも中心付近で大きい。屈折率にこの型の変化がある
と、光線は面取りした先端に追従し、先端の末端から出
て行く。すなわち光線は先端に向けて進行する際、中心
線Cに向けて連続的に湾曲する。
【0016】このような勾配屈折率をもつ円錐体を作成
する一方法が図6に示してある。最初に、異なる屈折率
をもつ材料の共心的円筒を一円柱に組み立てる。次にこ
の円柱を機械工作により円錐体にし、その円錐体を接着
材で棒に固定する。
【0017】図5(b)に示すような軸線方向に勾配屈
折率を持つレンズ74を使うことができる。この場合の
屈折率は図示したように端12Aに接近するにつれて大
きくなる。このレンズの動作はこの勾配領域を複数の部
分に分割して考えることにより視覚化することができ
る。分割した二つの部分が図5(d)に示してある。各
光線は法線と記した線(すなわち、境界面に垂直な線)
に向けて湾曲する。角度Xは角度Yよりも大きい。した
がって図5(b)の軸線方向勾配のレンズは光線を棒の
光学的軸線と実質上平行な平行光線にする。
【0018】光の出力を増大させる別の実施例が図7
(b)に示してある。一般に、PLMを含むプレート
(板状材料)は、これを巻いて図7(a)に示すような
チューブの壁84を形成しても、半径rが3a(ただし
aはチューブの壁の厚さ)以上であるかぎり、その内部
反射特性が変らない。
【0019】これらの条件のもとでチューブ76の直径
を一端に向けて連続的に減少させて先端78を形成し、
所望の光収束を得ることができる。すなわち、直径が減
少し、したがって「r」が減少するにともない、壁の厚
さは先端78に近づくにつれて減少する。先端78の反
対端は半球形のキャップ80または平面状鏡82により
図示するように終端することができる。壁84を通過し
てチューブ76中に入射する間にPLMで吸収されない
光線は、チューブの外側に向けて壁84を再び通過する
際に吸収することができる。
【0020】さらにこの代わりとして、チューブの壁8
4よりも低屈折率の固体材料または液体材料で図7
(b)のチューブ76および円錐体78を充満すること
ができる。
【0021】上述の議論はフォトルミネッセント材料の
粒子がPMMA中に浮遊していることを仮定している。
このPMMAはこの粒子を支持するマトリックス材料と
して機能する。しかし、支持マトリックスとしてPMM
Aを使用する必然性はない。他の透明材料を使用するこ
ともできる。さらに、必要とされるフォトルミネッセン
ト材料は特定のものである必要はなく、たとえばマトリ
ックス中に浮遊されている液体でもよい。さらにまた、
PLMは固溶体でもよく、あるいはマトリックス中に支
持された固体でもよい。
【0022】フォトルミネッセントは次のシーケンスの
事象により生ずると理解できる:材料がフォトンを吸収
し、フォトンが電子-ホール対(electron-hole pair, E
HP)を生じ、この電子およびホールが再結合するときに
光が放射される。
【0023】かかる再結合が比較的高速であると、この
プロセスは蛍光(fluorescence)と呼ばれ、再結合が比
較的に遅いときはフォスフォルミネッセンス(phosphol
uminescence、燐光)と呼ばれる。
【0024】表1は使用可能な適当ないくつかのPLM
を示す。
【表1】 フォトルミネッセント材料 EHP平均寿命 吸収最大値 発光最大値 ペリレン 083 4.10-9秒 476 nm 490 nm ペリレン 240 4.10-9秒 524 nm 539 nm ペリレン 300 4.10-9秒 578 nm 613 nm ナフタリマイド 570 4.10-9秒 378 nm 413 nm
【0025】ペンが光を蓄積し、その後入射光が弱くな
ったときに光を発出するようにさせるには、蛍光を出す
PLMを燐光を発するPLMと組み合わせることが好ま
しい。例えば光ペンが手の中に保持されているときはペ
ンが手の陰になるため、入射光が減少する。ペンが蛍光
PLMしか含まないと、ペンから発光される光も減少す
る。
【0026】光ペンの特定の用途上、光出力が上述した
ように減少してはならないときは、ペンは図9に例示す
る放射出力曲線を示すいくつかのPLMを含むようにす
ることができる。いくつかのPLMは蓄積したエネルギ
ーを急速に失う(すなわち、燐光を発し)一方、いくつ
かのPLMは発光に長時間を要する。そのように構成す
ると燐光材料が光を格納する媒質として作用する。
【0027】図9に示すように光ペンを置いておくクラ
ドル(cradle)60を用意することができる。ペンはこ
のクラドルに押し嵌めできる。クラドルは周囲の光より
も強力な光を与えることができる光源63を含むことが
できる。したがって周囲光よりも十分に多重PLM光ペ
ンを充電し、あるいはより短時間でペンを充電すること
ができる。
【0028】このペンを使用するデバイスが光を発する
ディスプレー2を有するなら、ディスプレーを光ペンを
充電するに必要な光を与えるようにこのディスプレーを
使用することができる。クラドルは図10に示すように
ディスプレーに隣接して配置することができる。公知の
方法を使ってこのペンを充電するための適当な色でディ
スプレーのある領域を照明するようにコンピューターに
プログラムを組むことができる。例えばペンの長手方向
の断面と同様な大きさの白い長方形をペン充電用に使用
することができる。
【0029】二つのペンを使用すれば、一方のペンを使
用する間、他方のペンを充電することができる点で有利
である。使用中のペンの電気が切れたとき、ペンを交換
することができる。
【0030】さらに充電ホルダーを、図11に示すよう
に周囲光を収束する反射器70の形状にすることができ
る。
【0031】
【効果】以上に説明したように、本発明の光ペンはコー
ドレスであるにもかかわらず電池を必要とせず、安定し
た動作を維持できる。また本光ペンは電池を必要とせ
ず、経済性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図1】コンピューターへの入力を行う公知光ペンの使
用法を示す図である。
【図2】本発明の一実施例の光ペンを示す図である。
【図3】二つの異なる型の反射防止塗布剤を、図2の光
ペンのボデー上および先端に設ける塗布剤として使用す
る例を示す図である。
【図4】図2の光ペンからどのように光線が漏れるかを
示す図である。
【図5】本発明の光ペンの実施例で使用する、半径方向
に屈折率の勾配があるレンズを示す図(a)、軸線方向
に屈折率の傾勾配があるレンズを示す図(b)、「半径
方向の勾配」を示す図(c)、異なる屈折率をもつ材質
間を通過する光線の屈折を示す図(d)である。
【図6】図5(a)の半径方向に勾配があるレンズを構
成する一方法を示す図である。
【図7】本発明の光ペンの別の実施例を示す図である。
【図8】いろいろのフォトルミネッセント材料の強度対
時間の関係を示す図である。
【図9】本発明を実施した光ペンを充電するためのスタ
ンドおよび光源を示す図である。
【図10】本発明を実施した光ペンを充電する光源とし
てどのようにしてビデオディスプレーを使用できるかを
示す図である。
【図11】本発明を実施した光ペンを充電するのに使用
する反射器の図である。
【符号の説明】
4 照明点 9 棒状部分 11 棒の面取りした端 12 先端 15 外表面 64 先端12の反
対側の端

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光を出力する先端を具えた細長いボデー部
    材を有する光ペンであって、 該ボデー部材がフォトルミネッセント材料を含み、 外部の光に応答して該フォトルミネッセント材料により
    放射される光を内部反射を通して該先端に指向して該先
    端から出力することを特徴とする光ペン。
  2. 【請求項2】ボデーと先端とを有する光ペンから光を発
    出する方法であって、 該ペンの該ボデー内に外部の光を吸収するステップと、 該外部の光を吸収したことに応答して該ボデーが該ペン
    内部に光を放射するステップと、 該放射された光を該先端から出力すべく該先端に指向す
    るステップとを含む光発出方法。
JP28027993A 1992-10-15 1993-10-14 光ペン Pending JPH06202786A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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GB929221629A GB9221629D0 (en) 1992-10-15 1992-10-15 Light pen n
GB9221629.0 1992-10-15

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JPH06202786A true JPH06202786A (ja) 1994-07-22

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JP28027993A Pending JPH06202786A (ja) 1992-10-15 1993-10-14 光ペン

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DE (1) DE69321320T2 (ja)
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