(57)【要約】【課題】無駄な電力消費を防止する。受光側で効率的に受光可能にする。【解決手段】電池２と、ＬＥＤ３と、感圧センサ６と、感圧センサ６で検知した筆圧が閾値より小さい時はＬＥＤ３を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時はＬＥＤ３を発光または点滅させるＬＥＤ駆動回路４と、ＬＥＤ３から出射した光の中心方向をペン先７の方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する鐘形ミラー５とをペン軸１に収容し、感圧センサ６にペン先７を取り付ける。【効果】座標面からペン先が浮いているときは、ＬＥＤが発光しないため、電力消費の無駄がなくなり、電池の寿命を延ばすことが出来る。光学式座標入力ペンを座標面から約６０゜の角度に傾けて持つと、光学式座標入力ペンから出射する光は、座標面に平行または略平行になり、受光側で効率的に受光できる。【選択図】  図２
2004164142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、発光素子と、筆圧を検知する感圧センサと、前記感圧センサで検知した筆圧が閾値より小さい時は前記発光素子を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時は前記発光素子を発光または点滅させる発光素子駆動回路と、前記発光素子から出射した光の中心方向をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する光学手段とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペン。
【請求項２】
電池と、発光素子と、筆圧を検知する感圧センサと、前記感圧センサで検知した筆圧が閾値より小さい時は前記発光素子を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時は前記発光素子を発光または点滅させる発光素子駆動回路とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペン。
【請求項３】
発光素子と、前記発光素子から出射した光の中心方向をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する光学手段とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペン。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の光学式座標入力ペンにおいて、前記発光素子の発光強度または点滅周波数を切り替えるためのスイッチ手段を具備したことを特徴とする光学式座標入力ペン。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学式座標入力ペンと、前記光学式座標入力ペンのペン先を押しつける座標面と、前記座標面の外側の離れた２箇所に設置され且つ前記座標面の上側空間をそれぞれ視野に持つ１次元または２次元の光学センサとを具備したことを特徴とする座標入力装置。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光学式座標入力ペンと、前記光学式座標入力ペンのペン先を押しつける座標面と、前記座標面の外側の離れた２箇所に設置され且つ前記座標面の上側空間をそれぞれ視野に持つ１次元または２次元の光学センサと、前記光学センサで得た前記光学式座標入力ペンから出射された光の像を基に前記光学式座標入力ペンの位置座標を出力する座標出力手段とを具備したことを特徴とする座標入力装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の座標入力装置において、前記光学センサの受光部の前に、前記光学式座標入力ペンから出射された光を選択的に透過させる光学フィルタを設置したことを特徴とする座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学式座標入力ペンおよび座標入力装置に関し、さらに詳しくは、無駄な電力消費を防止できる光学式座標入力ペン、受光側で効率的に受光できるように光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向を規定した光学式座標入力ペン、および、それら光学式座標入力ペンを用いた座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光を点滅させる点光源と、ペン先を座標面に押しつける筆圧を検知する感圧センサと、感圧センサで検知した筆圧に比例して光の点滅周波数を変える点光源駆動回路とをペン軸に収容した光学式座標入力ペンが知られており、また、十分に受光できる下限まで点光源の発光強度を自動的に下げることが知られており、さらに、光学式座標入力ペンを斜めに傾けて持った状態で使った場合に、ペン先の位置を精密に算出する方法も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−０８５３７８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−０８５３７８号公報に開示された光学式座標入力ペンでは、感圧センサで検知した筆圧に比例して光の点滅周波数を変えているが、ペン先を座標面から浮かしている状態（つまり、筆圧０）でも光を例えば１００ｋＨｚで点滅させている。
しかし、ペン先を座標面から浮かしている状態は座標を検出する必要がない状態であり、その間も発光させるのは電力消費の無駄であり、電池駆動の光学式座標入力ペンでは電池の消耗が早くなる問題点がある。
【０００５】
また、特開平１１−０８５３７８号公報では、光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向（光が最も強い方向）について全く考察されていない問題点がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、無駄な電力消費を防止できる光学式座標入力ペン、受光側で効率的に受光できるように光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向を規定した光学式座標入力ペン、および、それら光学式座標入力ペンを用いた座標入力装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の観点では、本発明は、電池と、発光素子と、筆圧を検知する感圧センサと、前記感圧センサで検知した筆圧が閾値より小さい時は前記発光素子を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時は前記発光素子を発光または点滅させる発光素子駆動回路と、前記発光素子から出射した光の中心方向をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する光学手段とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペンを提供する。
上記第１の観点による光学式座標入力ペンでは、ペン先を座標面から浮かしている状態（つまり、座標を検出する必要がない状態）においては発光素子を発光させない。このため、電力消費の無駄がなくなり、電池駆動の光学式座標入力ペンでは、電池の寿命を延ばすことが出来る。さらに、電池を小型化できるため、光学式座標入力ペンを軽量化でき、使い勝手を向上できる。
さらに、光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向（光が最も強い方向）をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射するため、光学式座標入力ペンを斜めに傾けて持った状態で使うと、光の中心方向が座標面に平行または略平行となり、受光側で効率的に受光できるようになる。
【０００８】
第２の観点では、本発明は、電池と、発光素子と、筆圧を検知する感圧センサと、前記感圧センサで検知した筆圧が閾値より小さい時は前記発光素子を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時は前記発光素子を発光または点滅させる発光素子駆動回路とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペンを提供する。
上記第２の観点による光学式座標入力ペンでは、ペン先を座標面から浮かしている状態（つまり、座標を検出する必要がない状態）においては発光素子を発光させない。このため、電力消費の無駄がなくなり、電池駆動の光学式座標入力ペンでは、電池の寿命を延ばすことが出来る。さらに、電池を小型化できるため、光学式座標入力ペンを軽量化でき、使い勝手を向上できる。
【０００９】
第３の観点では、本発明は、発光素子と、前記発光素子から出射した光の中心方向をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する光学手段とをペン軸に収容したことを特徴とする光学式座標入力ペンを提供する。
上記第３の観点による光学式座標入力ペンでは、光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向（光が最も強い方向）をペン先方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射するため、光学式座標入力ペンを斜めに傾けて持った状態で使うと、光の中心方向が座標面に平行または略平行となり、受光側で効率的に受光できるようになる。
【００１０】
第４の観点では、本発明は、上記構成の光学式座標入力ペンにおいて、前記発光素子の発光強度または点滅周波数を切り替えるためのスイッチ手段を具備したことを特徴とする光学式座標入力ペンを提供する。
上記第４の観点による光学式座標入力ペンでは、スイッチ手段により発光強度または点滅周波数を切り替えることで、線の色を変えたり、線の太さを変えるなどの応用が可能となる。
【００１１】
第５の観点では、本発明は、上記構成の光学式座標入力ペンと、前記光学式座標入力ペンのペン先を押しつける座標面と、前記座標面の外側の離れた２箇所に設置され且つ前記座標面の上側空間をそれぞれ視野に持つ１次元または２次元の光学センサとを具備したことを特徴とする座標入力装置を提供する。
上記第５の観点による座標入力装置では、２箇所の光学センサで得た、光学式座標入力ペンから出射された光の像を基に、三角測量の原理により、上位装置でペン先の座標を求めることが出来る。
【００１２】
第６の観点では、本発明は、上記構成の光学式座標入力ペンと、前記光学式座標入力ペンのペン先を押しつける座標面と、前記座標面の外側の離れた２箇所に設置され且つ前記座標面の上側空間をそれぞれ視野に持つ１次元または２次元の光学センサと、前記光学センサで得た前記光学式座標入力ペンから出射された光の像を基に前記光学式座標入力ペンの位置座標を出力する座標出力手段とを具備したことを特徴とする座標入力装置を提供する。
上記第６の観点による座標入力装置では、２箇所の光学センサで得た、光学式座標入力ペンから出射された光の像を基に、三角測量の原理により、ペン先の座標を求め、上位装置へ出力することが出来る。
【００１３】
第７の観点では、本発明は、上記構成の座標入力装置において、前記光学センサの受光部の前に、前記光学式座標入力ペンから出射された光を選択的に透過させる光学フィルタを設置したことを特徴とする座標入力装置を提供する。
上記第７の観点による座標入力装置では、光学フィルタにより、外乱光の影響を抑制することが出来る。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
【００１５】
−第１の実施形態−
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光学式座標入力ペンの構成を示す断面図である。
この光学式座標入力ペン１０は、電池２と、ＬＥＤ３と、筆圧を検知する感圧センサ６と、感圧センサ６で検知した筆圧が閾値より小さい時はＬＥＤ３を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時はＬＥＤ３を発光または点滅させ且つペン軸蓋スイッチ部１ｂの切替（回転させて切り替える）により発光強度または点滅周波数を変えるＬＥＤ駆動回路４と、ＬＥＤ３から出射した光の中心方向をペン先７の方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する鐘形ミラー５とをペン軸１に収容し、感圧センサ６にペン先７を取り付けた構造である。ペン軸１の下部は、ペン軸透明部１ａになっている。
【００１６】
図１の（ｂ）は、鐘形ミラー５の拡大説明図である。
鐘形ミラー５は、有効反射部分の頂点における反射面の接線と水平面とがなす角度が４５゜、有効反射部分の底縁における反射面の接線と水平面とがなす角度が６０゜であり、それらの間を滑らかに反射面でつないで、全体として釣り鐘形をしている。
【００１７】
図１の（ａ）に示すように、座標面１１からペン先７が浮いているときは、筆圧が閾値より小さいため、ＬＥＤ３は発光しない。従って、電力消費の無駄がなくなり、電池２の寿命を延ばすことが出来る。さらに、電池２を小型化できるため、光学式座標入力ペン１０を軽量化でき、使い勝手を向上できる。
【００１８】
図２に示すように、座標面１１にペン先７を付けたときは、筆圧が閾値以上になるため、ＬＥＤ３は発光または点滅する。上述のように、ペン軸蓋スイッチ部１ｂの切替により、発光強度または点滅周波数を変えることが出来る。従って、線の色を変えたり、線の太さを変えるなどの応用が可能となる。
【００１９】
また、図２に示すように、光学式座標入力ペン１０は、座標面１１から約６０゜の角度に傾けて持たれる。すると、光学式座標入力ペン１０から出射する光Ｌは、その中心方向がペン先７の方向から６０゜または略６０゜であるため、座標面１１に平行または略平行になる。従って、受光側で効率的に受光できるようになる。
【００２０】
−第２の実施形態−
図３の（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る光学式座標入力ペンの構成を示す断面図である。
この光学式座標入力ペン１０は、電池２と、ＬＥＤ３と、筆圧を検知する感圧センサ６と、感圧センサ６で検知した筆圧が閾値より小さい時はＬＥＤ３を発光させず且つ筆圧が閾値以上の時はＬＥＤ３を発光または点滅させ且つペン軸蓋スイッチ部１ｂの切替（回転させて切り替える）により発光強度または点滅周波数を変えるＬＥＤ駆動回路４と、ＬＥＤ３から出射した光の中心方向をペン先７の方向に対して６０゜または略６０゜にして周囲へ出射する鐘形ミラー５とをペン軸１に収容し、感圧センサ６にペン先７を取り付けた構造である。ペン軸１の下部は、ペン軸透明部１ａになっている。
【００２１】
図３の（ｂ）は、鐘形ミラー５の拡大説明図である。
鐘形ミラー５は、有効反射部分の頂点における反射面の接線と水平面とがなす角度が６０゜、有効反射部分の底縁における反射面の接線と水平面とがなす角度が４５゜であり、それらの間を滑らかに反射面でつないで、全体としてベル形をしている。
【００２２】
図３の（ａ）に示すように、座標面１１からペン先７が浮いているときは、筆圧が閾値より小さいため、ＬＥＤ３は発光しない。従って、電力消費の無駄がなくなり、電池２の寿命を延ばすことが出来る。さらに、電池２を小型化できるため、光学式座標入力ペン１０を軽量化でき、使い勝手を向上できる。
【００２３】
図４に示すように、座標面１１にペン先７を付けたときは、筆圧が閾値以上になるため、ＬＥＤ３は発光または点滅する。上述のように、ペン軸蓋スイッチ部１ｂの切替により、発光強度または点滅周波数を変えることが出来る。従って、線の色を変えたり、線の太さを変えるなどの応用が可能となる。
【００２４】
また、図４に示すように、光学式座標入力ペン１０は、座標面１１から約６０゜の角度に傾けて持たれる。すると、光学式座標入力ペン１０から出射する光Ｌは、その中心方向がペン先７の方向から６０゜または略６０゜であるため、座標面１１に平行または略平行になる。従って、受光側で効率的に受光できるようになる。
【００２５】
−第３の実施形態−
図５は、本発明の第３の実施形態に係る座標入力装置を示す斜視図である。
この座標入力装置１００は、光学式座標入力ペン１０と、座標面１１と、座標面１１の外側の離れた２箇所に設置され且つ座標面１１の上側空間をそれぞれ視野に持つ１次元または２次元のＣＣＤセンサ１２Ｌ，１２Ｒと、ＣＣＤセンサ１２Ｌ，１２Ｒで得た光学式座標入力ペン１０から出射された光の像を基に光学式座標入力ペン１０のペン先７の位置座標を三角測量の原理により計算し上位装置へ出力する座標計算部１４と、ＣＣＤセンサ１２Ｌ，１２Ｒの受光部の前に設置され光学式座標入力ペン１０から出射された光を選択的に透過させる光学フィルタ１３Ｌ，１３Ｒを具備して構成される。
【００２６】
例えば、ＬＥＤ３が赤外線ＬＥＤなら、光学フィルタ１３Ｌ，１３Ｒは赤外線透過フィルタである。これにより、外乱光の影響を抑制できる。
【００２７】
−他の実施形態−
鐘形ミラー５に代えて、プリズムを用いてもよい。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の光学式座標入力ペンおよび座標入力装置によれば次の効果が得られる。
（１）座標面からペン先が浮いているときは、光学素子は発光しない。従って、電力消費の無駄がなくなり、電池の寿命を延ばすことが出来る。さらに、電池を小型化できるため、光学式座標入力ペンを軽量化でき、使い勝手を向上できる。
（２）光学式座標入力ペンから出射する光の中心方向がペン先の方向から６０゜または略６０゜であるが、光学式座標入力ペンは座標面から約６０゜の角度に傾けて持たれる。すると、光学式座標入力ペンから出射する光は、座標面に平行または略平行になる。従って、受光側で効率的に受光できるようになる。
（３）スイッチの切替により、発光素子の発光強度または点滅周波数を変えることが出来る。従って、線の色を変えたり、線の太さを変えるなどの応用が可能となる。
（４）三角測量の原理により、ペン先の座標を求めることが出来る。
（５）光学フィルタにより、外乱光の影響を抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる光学式座標入力ペンの構造を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる光学式座標入力ペンの使用状態を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態にかかる光学式座標入力ペンの構造を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態にかかる光学式座標入力ペンの使用状態を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態にかかる座標入力装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
１                  ペン軸
１ａ                ペン軸透明部
１ｂ                ペン軸蓋スイッチ部
２                  電池
３                  ＬＥＤ
４                  ＬＥＤ駆動回路
５                  鐘形ミラー
６                  感圧センサ
７                  ペン先
１０                光学式座標入力ペン
１１                座標面
１２Ｌ，１２Ｒ      ＣＣＤセンサ
１３Ｌ，１３Ｒ      光学フィルタ
１４                座標計算部
１００              座標入力装置
【図１】
2004164142.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004164142.tif 000006
【図５】
2004164142.tif 000007