JPH0351004B2 - - Google Patents

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JPH0351004B2
JPH0351004B2 JP58501006A JP50100683A JPH0351004B2 JP H0351004 B2 JPH0351004 B2 JP H0351004B2 JP 58501006 A JP58501006 A JP 58501006A JP 50100683 A JP50100683 A JP 50100683A JP H0351004 B2 JPH0351004 B2 JP H0351004B2
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light
pulse
light pen
photodetector
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Jiooji Ee Mei
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Harris Corp
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input 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
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/033—Pointing devices displaced or positioned by the user, e.g. mice, trackballs, pens or joysticks; Accessories therefor
    • G06F3/0354—Pointing 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
    • G06F3/03542—Light pens for emitting or receiving light

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

請求の範囲 １ 先端及び後端を有する長手円筒体と；前記円
筒体内に納められ、一部が前記先端から外側に向
け突出し、長手方向に沿つて、その内壁が非屈折
面で形成される円筒形チヤネルを有する照準チユ
ーブと；前記チヤネルと直線上に並び、前記照準
チユーブの後部に、前記円筒体内で固定される光
検出器と；前記照準チユーブ先端の近くで前記チ
ヤネル内に配置され、前記照準チユーブの先端が
ビデオスクリーンの外面に対して置かれたとき、
前記スクリーン上の画素の虚像との間の距離に等
しい焦点距離を有し、前記画素から放出され、通
過する全ての光線は、前記チヤネルに沿つて同軸
的に屈折され、前記光検出器に向け進み、位置の
ずれた箇所からの光は、ある角度を以つて屈折さ
れ前記チヤネルの壁面で吸収され、それによつ
て、前記画素からの光線のみが前記光検出器によ
つて検出されるようにするレンズとより成り、ビ
デオスクリーン上の画素から放出される光線を感
知するライトペン。
２ 前記チヤネルの後端近くに配置され、前記チ
ヤネル内で軸方向に進む光線を前記光検出器に焦
点を合わせるための第２のレンズを更に有する特
許請求の範囲第１項記載のライトペン。
３ 前記第２レンズは前記光検出器に固定される
特許請求の範囲第２項記載のライトペン。
４ 前記照準チユーブは、前記円筒体内で移動自
在であり、前記光検出器に動作可能に接続され、
前記照準チユーブの先端が前記ビデオスクリーン
に対して押圧されると、前記円筒体に関して後方
に向け動き、スイツチング動作が行なわれるよう
に、前記照準チユーブの後方に配置されるスイツ
チを更に有する特許請求の範囲第１項、第２項若
しくは第３項記載のライトペン。
５ 前記照準チユーブは、前記円筒体上に固定さ
れたストップピンを受け、前記ストツプピンとの
組み合せで、前記軸方向への前記照準チユーブの
動きを制限する凹部を有する特許請求の範囲第４
項記載のライトペン。
６ 入力パルスを受け、前記入力パルスの電圧が
第１の閾値レベルを越えるときはいつでも第１の
信号を発生する第１の比較器と、前記入力パルス
を受け前記入力パルスの電圧が前記第１の閾値レ
ベルよりも低い第２の閾値レベルを越えると、第
２の信号を発生する第２の比較器と、前記第２の
比較器に接続され、前記第２の信号を所定の値だ
け遅延させる遅延手段と、前記第１の比較器と前
記遅延手段とに動作的に接続され、前記遅延手段
と前記第１比較器とから同時に第１と第２の信号
を受け、それによつて、前記入力パルスが前記第
１の閾値レベルを越えた時で、その時とは独立し
た時においてのみ出力パルスが発生するゲート手
段とを有する前記光検出器からの入力パルスが有
効な信号であるかどうか識別し、前記入力パルス
の大きさに関係のない時間において出力信号を発
生する識別回路。
７ 前記ゲート手段は正の信号が前記第１の比較
器と前記遅延手段とから同時に入力されるときの
み正の出力パルスが発生するようなアンド回路で
ある特許請求の範囲第６項記載の識別回路。
８ 前記第１及び第２の比較器に接続され、前記
第１及び第２の比較器に供給するに先立ち前記入
力パルスを増幅する増幅手段を更に有する特許請
求の範囲第６項若しくは第７項記載の識別回路。
９ 前記入力パルスを第２の閾値レベルよりも大
きい第１の閾値レベル及び前記第２の閾値をレベ
ルと比較する工程と、前記入力パルスが前記第１
の閾値レベルを越えるときはいつでも第１の信号
を発生する工程と、前記入力パルスが前記第２の
閾値レベルを越えるときはいつでも第２の信号を
発生する工程と、前記第１の信号をゲート手段に
直接供給し、所定の期間後にのみ前記ゲート手段
に前記第２の信号を供給する工程と、前記第１と
第２の信号が前記ゲート手段に同時に供給される
時には、いつでも出力パルスを発生する工程を有
し、前記入力パルスが有効な信号であるかどうか
識別し、前記入力パルスの大きさとは関係のない
時間に出力を発生する方法。
１０ 前記円筒体内に納められ、一部が前記先端
から外側に向け突出し、長手方向に沿つて、その
内壁が非屈折面で形成される円筒形チヤネルを有
する照準チユーブと、前記チヤネルと直線上に並
び、前記照準チユーブの後部に前記円筒体内で固
定され、光線を受けて入力パルスを発生する光検
出器と、前記照準チユーブの先端の近くで、前記
チヤネル内に配置され、前記照準チユーブの先端
が、前記ビデオスクリーンの外面に対して置かれ
たとき、前記スクリーン上の画素の実像との間の
距離に等しい焦点距離を有し、前記画素から放出
され、通過する全ての光は、前記チヤネルに沿つ
て同軸上に屈折され、前記光検出器によつて検出
されるようなレンズと、前記光検出器に動作的に
接続され、発生された入力パルスを受け、前記入
力パルスの電圧が、第１の閾値レベルを越えると
きはいつでも第１の信号を発生する第１の比較手
段と、前記光検出器に動作的に接続され、入力パ
ルスの電圧が、前記第１の閾値レベルよりも低い
第２の閾値レベルを越えるとき第２の信号を発生
する第２の比較器と、前記第２の比較器に接続さ
れ、所定の値だけ前記第２の信号を遅延させる遅
延手段と、前記第１の比較器と前記遅延手段に動
作的にに接続され、前記遅延手段と第１の比較器
から同時に第１と第２の信号が入力されるときは
いつでも出力パルスを発生し、それによつて、前
記出力パルスは前記入力パルスが前記第１の閾値
レベルを越えた時で、その時とは独立した時にお
いてのみ出力パルスが発生するゲート手段とを有
し、ビデオスクリーン上の画素から放出される光
線を感知し、前記入力パルスの大きさと関係のな
い時において出力パルスを生ずる識別回路によつ
て有効なパルスとして感知される入力パルスを発
生する高解像度ライトペンシステム。
１１ 前記チヤネルの後端近くに配置され、前記
チヤネル内で同軸上に進む光線を直接、前記光検
出器上に焦点を合わせるための第２のレンズを更
に有する特許請求の範囲第１０項記載のライトペ
ンシステム。
１２ 前記第２のレンズは前記光検出器に固定さ
れている特許請求の範囲第１１項記載のライトペ
ンシステム。
１３ 前記集順チユーブは、前記円筒体内で移動
自在であり前記照準チユーブの先端が、前記ビデ
オスクリーンに対して押圧されると、前記円筒体
に対して後方に向け、動き、スイツチング動作が
行なわれるように前記照準チユーブの後方に配置
されるスイツチを更に有する特許請求の範囲第１
０高、第１１項、若しくは第１２項記載のライト
ペンシステム。
１４ 前記照準チユーブは前記円筒体上に固定さ
れたストツプピンを受け、前記ストツプピンとの
組み合せで前記軸方向への前記照準チユーブの動
きを制限する凹部を有する特許請求の範囲第１３
項記載のライトペンシステム。
１５ 前記ゲート手段は、正の信号が前記第１の
比較器と前記遅延手段から同時に入力される時の
み正の出力パルスが発生するようなアンド回路で
ある特許請求の範囲第１０項記載のライトペンシ
ステム。
１６ 前記第１及び第２の比較器に接続され、前
記第１及び第２の比較器に供給するに先立ち前記
入力パルスを増幅する増幅手段を更に有する特特
許請求の範囲第１０項若しくは第１５項記載のラ
イトペンシステム。
１７ 先端及び後端を有し、長手方向に沿つて中
空チヤネルを形成した長手円筒体と、前記チヤネ
ルの後端近くに設けられる光の放射検出体と、前
記先端の近くで前記チヤネル内に設けられ、前記
ペンの先端が前記スクリーンに対して接触する
と、前記チヤネルの軸の近くに配置された照射画
素からの光が前記チヤネルの軸に沿つて平行ビー
ムとして前記検出器に送られ、前記画素から外れ
た画素からの光は前記レンズによつて前記長手チ
ヤネルの側方に向けて外され消勢され、それによ
つて、前記検出器は、軸上の画素を検出し、軸か
ら外れた画素を排除するよう動作するような焦点
距離を有するレンズとを有するペンの先端が接触
する位置に照射画素が存在することを検出するた
めビデオスクリーンに対して接触する端部を有す
るライトペン。
１８ 前記チヤネルの後端の近くに配置され、軸
上に沿つて放出される光を直接、前記光検出器上
に焦点を合わせるための第２のレンズを更に有す
る特許請求の範囲第１７項に記載のライトペン。
技術分野 この発明は、グラフイツク表示に用いられる新
規で改良されたライトペンに関する。特に、この
発明のライトペンは、高解像度で、ジツター効果
を減少する新規な回路構成に関連して使用に際し
ての改良された光学的デザインをもつて開示され
る。
発明の背景 従来、ライトペンはコンピユータで制御される
陰極線管ビデオ表示に関連するポインター装置と
して使用されていた。それは万年筆の寸法や形を
対象としていて、光を感知する手段と、この光を
電気パルスに変換する手段とを含んでいる。前記
ペンは手で握られ、前記陰極線管のスクリーンに
表示されるような絵やシンボル等のある部分を指
し示すために用いられた。
画像をトレースする電子ビームが前記ペンの示
す位置に続く前記スクリーン上の部分を照らす
と、前記ペンは、この光を感知してコンピユータ
ー阻止信号として動作する電気パルスを発生す
る。一般的には、前記コンピユータ回路は、特別
な瞬間に前記陰極線の位置を探知するアドレスカ
ウンタのデータを読むことによつて前記仲阻止信
号に応答する。前記カウンタのアドレスはライト
ペンの指示する位置に対応する。前記ライトペン
の正確さ、即ち解像度は多くの要素によつて決ま
る。最初の要素の１つは、ライトペン自体の光学
上の事板に関する。
ライトペンは一般に、前記ビデオスクリーンか
ら放出される光をライトペンの内部を通つて光検
出器に向かわせる長手チヤネルを有している。ラ
イトペンの１つの例は、1971年３月９日に発行さ
れたU.S.patentNo.3569617に見ることができる。
この特許は非屈折壁を設けた内部チヤネルを有す
る照準チユーブを備えている。このライトペンは
前記チヤネルと同軸上に設けられたビデオスクリ
ーンから放出される光線のみを受光する。前記ス
クリーンから放出される同軸上にない光は、チヤ
ネルの開口部から受光されないのみならずチヤネ
ルの非屈折壁で吸収されてしまう。
その他の各種のライトペンは軸上に受光した光
に対して焦点を合わせるためのレンズを含んでい
る。そのようなペンの例としては、1966年９月６
日に発行されたU.S.patentNo.3271515，1971年８
月10日に発行されたU.S.patentNo.3559003及び
1975年11月４日に発行されたU.S.patentNo.
3917955に見ることができる。
これらの特許に開示されているライトペンの全
ては、軸上に受光した光線を光検出器上に集光す
るために最初に使用される単一レンズを含んでい
る。
これらの装置の夫々は、チヤネルの長手方向の
軸上に沿つて進行する光線を検出するために構造
上の制限を受ける。従つて、直径の大きなチヤネ
ルを設けることが必要であり、それによつてビデ
オスクリーン上の多くの画素からの光線を受光す
ることができる。前記光検出器によつて受光され
た光線は、このようなときにのみパルスを発生さ
せるのに十分であると言える。
上述した構造は、前記ライトペンが単にビデオ
スクリーンの領域を決めるために使用される時に
有効である。しかしながら、より高級な用途に用
いられる際には、より高解像度が要求される。特
に、例えば画像に適応する場合には、個々の画素
からの光を検出できることが必要である。このよ
うな場合には、単一の画素からの光線のみが光検
出器によつて検出されるようにライトペンのチヤ
ネルは二つの画素の幅よりも小さい直径に制限さ
れねばならない。このため、前記光検出器によつ
て検出される単一の画素から放出される光線を最
大にするような改良された光学システムが提供さ
れることが望まれていた。
先行技術のライトペンの他の欠点は、装置を動
作するために使用される機構的な問題に関する。
しばしば、別個のトリガ手段がコンピユーターに
動作信号を供給するためにライトペン上に設けら
れる。この種のスイツチ手段は上述したU.S.
patetnhNo.3271515及びU.S.patentNo.3599003に開
示されている。しかしながら、ライトペンの使用
をより効果的に行うためには、自動的なスイツチ
ング動作が行なわれるようなものが望まれる。例
えば、U.S.patentNo.3569617に記載されているよ
うに照準チユーブが移動可能に外筒内に設けられ
る。使用者が、ビデオスクリーンに対して前記照
準チユーブを押圧すると前記外筒の最後部にある
小型スイツチが動作し、コンピユータに信号をを
供給する。同様に、U.S.patentNo.3917955におい
ては、照準チユーブは移動可能に外筒内に収納さ
れ内部スイツチに接続されている。このU.S.
patentNo.3917955の装置においては、光検出器は
移動可能な照準チユーブ上に支持されている。従
つて、前記光検出器を電気的に接続するためにワ
イヤを移動部分に接続しなければならない。同様
にU.S.patentNo.3569617には、電気的な接続が移
動部材を介して為されている。加えて、U.S.
patentNo.3569617の装置は、光学フアイバの束が
前記照準チユーブを介して接続されている。
明らかなように、これらのライトペンのいずれ
の動作も接続部分の繰り返しの使用によつて、し
ばしば、この接続部分を破損させ、装置を故障さ
せてしまう。従つて、電気的な接続部分を動かさ
ずに自動的な動作が行なわれ、それによつて破損
事故の減少を計ることのできる新規で改良された
ライトペンを提供することが望まれていた。
上述したように、ライトペンの光検出器が働く
と陰極線の位置に相当するアドレスをカウンタの
カウント値をコンピユーターに読ませるような阻
止信号を発生する。理論的に言えば、もし前記画
素の発光物質が励起されると同時に前記阻止信号
が発生すれば、前記ライトペンの位置決めは正確
に行なわれる。しかしながら、現実には、正確な
位置決めは行なわれない。時に、ライトペンによ
つて受光される画素からの光線は、それによる出
力パルスを光線の強さによつてその高さが変る。
例えば、もしライトペンが所望の画素の真上に位
置させると、受光量は最大になり、光検出器によ
つて出力されるパルスの高さは確かに高くなる。
これに対して、もしライトペンが、画素に対して
直接対向して位置しない場合には、比較的低いパ
ルスが生ずる。
パルスの高さは強さと共に変ると全てのパルス
の立ち上り時間は一定となる。立ち上り時間は、
パルスの高さが最大値の10パーセントから90パー
セントに上昇するに要する時間の長さとして定義
される。
システムにおける立ち上り時間は、例えばビデ
オビームのトラツキング速度及び使用される発光
物質のタイプのようなフアクターに依存する。受
光に際し生ずる問題は、パルスの立ち上り時間は
同じであるが、高さの違いによつて異なるスロー
プを生ずるということである。例えば、高いパル
スは低いパルスが未だ最大値に達しない時間と同
じ時間に、既に最大値に到達するので、高いパル
スのスロープはより急になる。異なるスロープを
有するパルスは異なる時間で、検出閾値制限値を
越えるので、測定は不確なものとなる。
ライトペンは、通常、光検出器から発生される
パルスが、有効に励起された画素を現わしている
かどうか判断するための識別回路が設けられてい
る。
典型的には、各パルスが有効なものかどうか決
めるために、閾値電圧レベルと比較される。正確
な位置データを発生するためには、パルスの始点
と閾値レベルと交差する時点との間の時間間隔
が、全てのパルスにとつて同一でなければならな
い。
しかしながら、上述したように、到来するパル
スが、閾値レベルを越える時間は、パルスの高さ
によつて変つてくる。即ち、光検出器によつて受
光される光の強さに依存する。従つて、並んだ画
素に対し、パルスの高さが高く、スロープが急で
ある場合には、阻止信号は短い時間で発生する。
しかしながら、もし、ライトペンが画素に直接対
向して位置しない場合には、低いパルスで緩やか
なスロープを有するパルスは前記阻止信号がゆつ
くりした時間で発生するように生ずる。
このようなタイミングが一定していないのはジ
ツターの原因となる。特にライトペンの使用によ
つて発生する阻止信号は、ライトペンの位置に対
応するアドレスを有するカウンタの計数値を読み
出す。
しかしながら、阻止信号が発生する時間は、ラ
イトペンの位置によつて決まるだけではなく、受
光した光線の強さにも依存する。例えば、整列さ
れていない画素は、遅れた時間において閾値を越
えるような、緩やかな立ち上りのパルスを発生す
るので、アドレスカウンタは、整列された画素に
よつて生ずる点を越えた範囲のアドレスにおける
計数値までも計数する。このようにして、ライト
ペンの僅かな位置ずれでもコンピユータにおいて
異なるアドレスを生じせしめる。
ジツターは、ライトペンがビデオスクリーンに
対して静止しているとしても生じてしまう。特に
陰極線の走査位置は、光のある進行においては、
光線はライトペンと直接、一直線上に並んで進行
するが、次の光の進行においては、やや外れて進
行することによつて、エラーが生ずることが予想
される。従つて、ライトペンが静止状態にあると
しても、位置データを生ずるために用いられる阻
止信号は画素の配置によつて変る。
多くの先行技術においては、このジツター効果
は、不工合の大部分ではない。例えば、ライトペ
ンは、しばしばビデオスクリーン上ののエリアを
単に指し示すために用いられる。従つて、領域内
の位置の決定ができれば十分であるのでライトペ
ンの位置に関する正確なデータは必要ない。
しかしながら、他の用途に使用される場合に
は、より正確なライトペンの使用を必要とする。
例えば、もしライトペンが、実時間を図で描くた
めに用いられる場合には、各ライトペンの正確な
位置は、連続する線要素をはつきりと描くために
決められなければならない。正確な位置データを
与えるために使用される従来の回路の一例は、
U.S.patentNo.3512037に見ることができる。この
特許は、全く複雑な二つのステツプ走査システム
が記載されていて、第１の走査は全ての位置デー
タを検出するために用いられる。その後に、第２
の走査が水平と垂直に接する点を明らかにするた
めに用いられる。明らかに、この二つのステツプ
走査システムは複雑で、使用するのに困難であ
る。より重要なことは、陰極線管は特別な検索技
術を用いることが要求されているということであ
る。それ故、この方法では陰極線管が、通常の態
様のままでは使用することができない。従つて、
ライトペンの正確な位置データを供給することの
できる新規で、改良された識別回路を提供するこ
とが要望されている。
発明の開示 この発明の目的は、グラフイツク表示に用いら
れる新規で改良されたライトペンを提供すること
である。
この発明の他の目的は、解像能力を高めた新規
で改良された光学構造を有するライトペンを提供
することである。
この発明の更に他の目的は、電気的に接続箇所
は静止しているので、耐久性のある新規で改良さ
れたライトペンを提供することである。
この発明の更に他の目的は、ジツター効果を減
少するために、ライトペンの使用に用いられる新
規で、改良された識別回路を提供することであ
る。
この発明の更に他の目的は、入力パルスが有効
であり、入力パルスの高さに関係なく阻止信号の
発生タイミングにおいて閾値を越えると、前記阻
止信号が発生するようなライトペンに使用される
新規で改良された識別回路を提供することであ
る。
上述したこの発明の目的に従えば、ビデオスク
リーン上の画素から放出される光線を感知する高
解像力光ペンを提供することができる。このライ
トペンは、円筒体内に移動可能に収納された照準
チユーブを有している。前記照準チユーブは、そ
の長手方向の軸に沿つて円筒チヤネルが含まれて
いる。前記チヤネルの内表面は、非屈折面で形成
される。光検出器は、前記円筒体内において、前
記照準チユーブの後方で、前記チヤネルに対し直
線的に、固定して収納される。
この発明によれば、レンズが、前記照準チユー
ブのチヤネルの前面に隣接して配置される。前記
レンズの焦点距離は、画素からの光線が光検出器
に最も多く集光されるように決められる。特に、
後述するようにレンズの焦点距離は、ライトペン
がスクリーンに対向して位置されるときにレンズ
とビデオスクリーンにおける画素の実像との間の
距離に一致する。このような配置とすることによ
つて、整列された画素から放出され、レンズを通
過した全ての光線はチヤネルの軸に沿つて屈折さ
れて進行し、光検時に到達する。従つて、画素か
らの光線の大部分が、光検出器によつて検出さ
れ、これは、従来のライトペンよりも多くの光を
検出でき、それは、チヤネルに本来並行な光線の
みが検出されるということである。この発明のラ
イトペンの他の効果は、レンズを通過する整列さ
れた画素から外れた画素より放出される光線はあ
る角度をもつて屈折され、前記チヤネルの非屈折
面で吸収されることである。
この発明の好しい実施例では、第２のレンズ
は、並行に進行してきた光線が最大限、前記検出
器にに到達するように集光させるため前記チヤネ
ルの後方に配置される。スイイツチは、一度、ラ
イトペンが前記ビデオスクリーンを押圧すると、
前記照準チユーブはこのスイツチを駆動するため
に後方に移動するような位置に、前記円筒体内
で、前記照準チユーブの後方に設けられる。上記
ライトペンにおいては、前記照準チユーブのみ
が、移動し、電気的な接続部分は消耗しない。
更に、この発明は、パルスの高さに関係なく、
阻止信号を発生するための新規で改良された識別
回路を含んでいる。特に、ライトペンは発生され
たパルスが増幅され、検出され、上限の閾値を越
えたかどうか決定され、それによつて有効なパル
スかどうか判断される。上述したように、パルス
が閾値に到達する時間は、パルスの強さによつて
変る。このような不確かさを解消するために、前
記パルスが閾値に到達するタイミングは、パルス
の立ち上りの初期の段階で行なわせることが考え
られる。この場合、各パルスは又、低い閾値で比
較される。低い閾値レベルの４倍若しくはそれ以
上の高さを有するパルスにとつては、前記低い閾
値と交差する時間は、全く同様である。このよう
にして、ジツター効果は、阻止信号の前端が低閾
値レベルと交差するタイミングに基ずき、且つ高
い閾値を越えると前記パルスを出力として処理す
ることによつて、著しく減ずることができる。各
パルスを位置の識別のため二つのレベルに対処さ
せることによつて位置の決定の正確さを著しく増
すことができる。
更に、この発明の目的と効果は図面を参照しな
がら以下に記述することによつて明らかになる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明のライトペンの断面図；第
２図は、この発明のライトペンの光学的な説明を
するための長手方向の断面図； 第３図は、この発明のライトペンによつて発生
された入力パルスの高さを表わすグラフ； 第４図は、この発明の識別回路を用いて発生さ
れた出力パルスを表わすグラフ；及び 第５図は、この発明の識別回路を示すブロツク
ダイヤグラムである。
発明を実行するためのベストモード 第１図及び第２図に、この発明のライトペン１
０が示されている。前記ライトペン１０は、光学
的及び電気的部材を収納するための長手円筒体２
０を有している。円筒形照準チユーブ２２は、前
記円筒体２２の前端内部に移動可能に納められ
る。好ましく、凹部２６は前記円筒体２０の内面
に固定されたストツプピン２８を受け入れるため
に設けられる。前記凹部２６と前記ストツプピン
２８は長さと進行方向の両者に関連する前記照準
チユーブの前記円筒体２０内の動きを制限するた
めに機能する。
好ましい実施例としては、前記照準チユーブ２
２の動きは、前記円筒体２０の長手軸方向に並行
な方向に限られることである。前記ライトペン１
０は前記照準チユーブ２２の後方に光検出器３０
を有している。小型スイツチ３２は前記照準チユ
ーブの後端に隣接して配置される。前記円筒体２
０の残りの空いている部分には、前記光検出器３
０によつて検出された信号を受けて動作する回路
３４が収納される。電気ケーブル３６及び３８は
前記回路３４を前記光検出器３０に接続し、コン
ピユーターを、夫々サポートするために設けられ
る。
この発明のライトペン１０はビデオスクリーン
の個々の画素上からの光を集光することのできる
高解像力装置であると言える。このユニークは技
術効果は、ライトペンの新規で改良された光学的
な構造によつて、低コストとして得られる。第２
図を参照して、より詳細に述べれば、照準チユー
ブ２２は、このチユーブの長手軸方向に延びる円
筒形チヤネル３８を含んでいることが明らかであ
る。
好ましくは、前記チヤネル３８の直径は、スク
リーン上の画素間の間隔を関連し、画素幅の1.5
倍である。前記照準チユーブの内面は、非屈折物
体で形成されていて、この非屈折物体に当たる光
線はいずれも反射されずに吸収される。前記チヤ
ネル３８は光検出器３０センサ４０と直線上に配
置される。
この発明によれば、レンズ４２は、前記照準チ
ユーブのチヤネル３８の内部で、その前端部に支
持される。レンズ４２のユニークな構造により整
列されている画素からレンズに入射される全ての
光線は、屈折され、チヤネルに沿つて軸方向に進
行する。レンズの最適な配置を決めるために、画
素の虚像位置は計算で求めなければならない。第
２図で示されるように、画素P1とP3は実際は、
グラススクリーン４６の後の発光層４４内に設け
られる。しかしながら、グラススクリーンによつ
て生じた光線の反射により、各画素の像はグラス
４６の内部にあるように見える。このような現象
は、例えば水を入れた容器の底にある物体が、見
せかけの位置にあるかのように見えるのと同様で
ある。グラススクリーン４２内の虚像の特別な位
置は、ガラスの厚さとその反射インデツクスとを
含む要素の数に依存する。このように特別な画素
からの光を集光するために、レンズ４２は実際の
光源から光よりはむしろ、見せかけの光源P2B及
びP4からの光を集光するように配置されねばな
らない。
この発明によれば、レンズ４２の焦点距離F1
は、ライトペンがスクリーン４６の前面を押圧す
るとき、レンズと虚像P2との間の距離に等しい
距離とされる。このような関係は、この発明のラ
イトペンが従来技術のそれよりも画素の虚像P2
から発生する光線をより多く集光させることがで
きる。特に、上述したように、従来のライトペン
は、照準チユーブのチヤネルに平行に発生した光
線のみを集光することができた。画素P2から放
出される光線R1によつて説明されるように、こ
の発明のライトペンはチヤネル３８の長手軸に平
行に進行するいかなる光線をも同様に集光するこ
とができる。加えて、光線R2によつて説明され
るように前記チヤネル３８の長手軸にある角度を
もつて放出されて来た光線をも同様に集光するこ
とができる。明らかなように、画素P1の虚像P2
は、レンズ４２の焦点位置に置かれ、ある角度を
もつて放出され、レンズ４２に入射される光線は
チヤネル３８の長手軸に平行な通路に屈折され
る。このようにして虚像P2から放出される全て
の光線はレンズ４２を介し通過して集光され光検
出器に伝えられる。
これに対して、チヤネル３８と一直線上に整列
されてない画素から放出され、レンズ４２に入射
された光線は、前記照準チユーブによつて吸収さ
れる。第２図に示されるように、画素P3からの
光線は明らかに光線P4から放出される。これら
光（図でR3とR4で示される）はレンズ４２で屈
折され、交差し、前記円筒体３８の内表面で吸収
される。
前記光検出器における光線の受光を最大とする
ために、集光レンズ５０が設けられる集光レンズ
５０は、ケース５２を用いている光検出器に支持
される。このレンズ５０の焦点距離F2はレンズ
と光検出器３０のセンサ４０の表面との間の距離
に等しい。従つて、第２図に示したように、レン
ズ５０を通過する全ての並行光線はセンサ４０の
中央で直接、集光される。このような配置するこ
とによつて、チヤネル３８の内表面で十分吸収さ
れないどんな入射光線も、レンズ５０によつて光
検出器から離れたところで屈折され、それによつ
て偽りの信号を最小にすることができる。好まし
くは、チヤネル３８の後端の直径はケース５２に
適応させるため大きくすることが望ましい。
この発明の構造の利点の１つは、照準チユーブ
３８の長さは、制限されないということである。
特に、レンズ５０は並行光線のみを集光するの
で、レンズ４２からどんな距離をも取り得る。照
準チユーブの長さは、整列されていない画素から
の光線を全て吸収できるのに十分な長さを有する
できである。典型的な寸法のビデオマトリツクス
を用いた場合には、照準チユーブ３８は、３セン
チメートルの長さを持つことができる。
この発明の好ましい実施例においては、スイツ
チ３２は、照準チユーブ２２の後端に隣接して設
けられたスプリングバイアス素子５６を有してい
る。非動作状態態においては、前記素子５６のス
プリング動作は前記照準チユーブを最大進行位置
に移動させる。動作状態においては、操作者が照
準チユーブをスクリーン４６の表面に押圧する
と、前記円筒体２２の後方に照準チユーブを移動
させる。前記照準チユーブ２２が後方に動くと、
前記スプリングバイアス素子５６を後方に動か
し、ライトペン内の回路を駆動させる。
好ましくは、スイツチ３２は、カチツと音がす
ることによつて操作者は、その音を聞くことによ
つて回路が駆動されたことを知ることができるこ
とがよい。
上述したように、凹部２６とストツプピン２８
の組合せは、前記円筒体内の照準チユーブの動き
を制御する。第２図に示すように、ライトペンは
円筒体内の駆動位置に保たれる。
この発明のライトペンの機構的なスイツチング
の構造は、頻繁な使用による故障を少なくする。
特に、電気的な制御部分の全ては、円筒体内に固
定されて収納されていて、前記照準チユーブのみ
が移動可能になるよう設けられている。このよう
に、前記照準チユーブを繰り返して使用しても従
来技術のように、電気的なワイヤ又は光学的な束
を動かすことはない。従つて、この発明のライト
ペンは使用が簡単で、長い使用に耐える。更に、
高解像力を得ることができ、前記光検出器に受光
する光を最大にすることができる。
次に第３図乃至第５図を参照して、この発明の
ライトペンの識別回路について詳細細に説明す
る。好ましくは、この識別回路は、高い周波数ノ
イズのような要素によつて生ずる偽信号を除去す
るためにコンピユータ制御回路に設けるよりもむ
しろライトペンの内部に設けられることがよい。
上述したように、従来のライトペンの回路部分
が有する欠点の１つは、ジツター効果に関する。
このジツター現象は、第３図に関して説明され
る。即ち、横軸は時間を表わし、縦軸は入力パル
スの電圧の大きさを表わしている。図における曲
線は光線を受光することによつて前記光検出器で
発生される電圧を表わしている。
ビデオスクリーンは、陰極線の掃引動作によつ
て光る水平線の列として考えることができる。ラ
イトペンがビデオスクリーン上に位置されると、
陰極線によつて励起された発光物質から放出され
る光を検出することができる。
前記陰極線は、ライトペンのフイールドを横切
り掃引するのに特定の時間間隔を必要とする。陰
極線のトラツキングスピードは用いられる発光物
質のタイプによるが、ビデオシステムの特別な立
ち上り時間に依存する。上述したように、立ち上
り時間は時間の長さで限定され、パルスの高さで
最大値の10パーセントから90パーーセントに増加
するに要する時間である。
第３図に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃを符したパル
スの夫々はラインＤで示した略同一の時間に最大
値に達する。パルスの高さはライトペンを動かし
て得られる光の強さによつて規定される。ライト
ペンが、ビデオスクリーン上で陰極線によつて描
かれるラインの１つと直接、一直線上に位置され
ると、第３図の曲線Ａで示されるように、パルス
の高さは最大の大きさとなる。これに対しても、
もし、ライトペンがビデオスクリーン上で、陰極
線によつて描かれるラインの１つから、僅かに外
れて位置すると、第３図の曲線Ｂで示されるよう
にパルスの高さは低くなる。
高さが変るパルスは、例えライトペンがビデオ
スクリーンに対して動かない状態でいたとしても
発生する。特特に陰極線のトラツキングは、ライ
トペンとの整列の度合いが各掃引毎に変るとエラ
ーの原因となる。従つて、パルスの高さが変ると
従来のように測定が不確かなものとなる。第３図
に示される曲線Ｃは、ライトペンのフイールドと
一直線上に並んでいない画素からの外れた信号を
表わす高さが低いパルスに対応する。識別回路
は、後者のタイプである低い高さのパルスと無効
な信号として拒否し得るものでなければならな
い。
第３図に示したパルスの夫々は、高さが異なる
が、最大値に至るに要する立ち上り時間は同一で
あり、夫々の勾配は異る。例えば、最大の高さを
有する曲線Ａは、相対的に急勾配である。これに
対して、より低い高さの曲線Ｂは相対的により緩
やかな勾配である。上述したように勾配の異なる
パルスは異なる時間に検出のための限定された閾
値を越えるので、測定値が不確かなものとなる。
典型的には、従来技術の識別回路では、そのパル
スが有効な信号であるかどうかを決めるため第３
図でT1で示したセツトされた閾値レベルと比較
される。特に、もし、そのパルスが閾値T1を越
えていないのであれば、例えば、近傍ではある
が、ライトペンとは整列していない画素によつて
生じる単なる偽信号であると推察される。第３図
に示されるように、相対的に急峻な勾配を持つ曲
線Ａは、図上の点６０で閾値T1を越える。相対
的に緩やかな勾配を有するパルスＢは点６２に至
るまで閾値T1を越えない。無効な信号を表わす
曲線Ｃは閾値レベルT1を越えることはない。
従来技術においては、パルスが閾値レベルT1
を越える時、阻止信号を発生し、カウンターのア
ドレスが、その時の陰極線の位置を表わすように
する。このようにして、ライトペンの位置は決め
られる。しかしなががら、第３図に示すように、
パルスＡ及びＢが同一の原点０から立ち上りの開
始が行なわれると、両者は異なる時間に閾値レベ
ルT1を越えることになる。特に、パルスＢはパ
ルスＡが閾値T2を越えてから時間間隔W2を経て
から前記閾値Ｔ(二)を越える。
従つて、コンピユータにおけるアドレスカウン
ターでは、陰極線の動きをトラツキングするとき
に、前記回路が正しくないライトペンの位置に対
して働くときにも計数動作を行なつてしまう。こ
のようなパルスの立ち上りが閾値レベルを越える
タイミングの違いはジツターの原因となる。
第３図から明らかなように、限定された時間間
隔はパルスＡと原点０とパルスが閾値レベルT1
と交差する点６０との間に経過する時間である。
更に、電気的な動作は真に瞬時に行なわれてしま
うものではないので、限定された時間間隔は、前
記パルス曲線が閾値T1と交差する時間とアドレ
スカウンターが現実にアドレスを読み取るために
計数動作を行う時間との間で定まる。従つて、前
記カウンタで示されるアドレスは実際はライトペ
ンの位置とは一致しない。むしろ、前記カウンタ
が、アドレスを読みとるためのカウント動作が行
なわれる時、そのアドレスはライトペンの実際の
位置から所定量だけ越えている。このような既に
知られている時間のずれは、実際のライトペンの
位置を知るために、アドレスカウンターから所定
のカウント値を減らすことにによつて論理的に補
償することができる。しかしながら、パルスの高
さが変ることによつて生ずるタイミングの不確か
さは一定ではなく、修正することもできないので
ジツターの原因となる。
先行技術において、第３図にW1で示される一
様でないタイミングのずれは、略1.5倍の画素の
位置ずれに対応する最小100ナノセコンドである。
これに対して、この発明ではジツター効果を正し
い画素位置を効果的に識別するように0.5倍の画
素空間に対応する20ナノセコンドからら40ナノセ
コンドの間に減少させることができる新規で改良
された回路を提供する。
この発明にによれば、各入力パルスは上限の閾
値レベルT1でテストされ、そのパルスが有効な
ものであるかどうかが決定される。更に、各パル
スは、より低い閾値T2に対してもテストされ、
パルスのタイミングに対してより正確な情報を提
供することができる。
この発明の回路は、第３図に示すように、強さ
の異なるパルスの進行は、初期の段階では同一で
あるが、スロープの違いにより、時間の経過につ
れ拡大するという事実上の利点を有する。このよ
うに、有効なパルスＡとパルスＢとが低閾値レベ
ルT2と交差する夫々点７８と８０とで表わされ
る間隔即ちタイミング差W2は、同一のパルスＡ，
Ｂがより高い閾値T1と交差する時の間隔W1より
も少ない。
前記低閾値レベルT2は、偽信号をも受け入れ
てしまうのでパルスの有効を決めるためのみに用
いることはできないことは明らかである。例えば
偽信号を表わす曲線Ｃは点８２において閾値レベ
ルT2と交差する。従つて、もし閾値レベルT2の
みが、パルスの有効性をテストするため使用され
るのであればパルスＣは有効なものとして受けと
られ不適当である。それ故、パルスの有効性の判
断は、T1によつて示されるより高い閾値レベル
における比較に基ずかなければならない。
従つて、この発明における回路は、高い閾値レ
ベルT1を越えるパルスのみが有効なパルスとし
て受け入れられ、前記低い閾値レベルT2はジツ
ター効果を減少させるためのタイミング制御のた
めに用いられる。
第４図及び第５図を参照して、この発明の回路
と、その動作について以下に説明する。
第５図のブロツクダイアグラムで示されるよう
に、光検出器３０からの出力は、二つの増幅段７
０と７２に夫々供給される。
好ましくは、前記増幅段７０は、微分出力を有
し、一方増幅段７２は微分入力と微分出力との両
者を処理する。前記二つの増幅段は200から400ま
での利得を得るために設けられるものである。こ
のような回路構成とすることによつて、光検出器
３０から発生された電圧出力は、略1/2ボルトも
しくはそれ以上に昇圧される。前記増幅器７２の
出力は、パルスが有効な信号であるかどうか決定
するための第１の比較器７４に供給される。前記
比較器７４は、入力された電圧値が高い閾値レベ
ルT1を越える時に、第１の信号を出力するため
に接続されている。第４Ａ図に示される第１の比
較器７４の出力タイプは、第３図において説明し
た入力パルスが供給されたときのものに対応す
る。即ち、パルスＡに対しては第１の信号A1が
パルスＡが高い閾値T1と点６０で交差する時に、
初めて発生する。同様に信号Ｂは、パルスＢが点
６２において高い閾値レベルT2と交差するとき
発生する。前記信号Ａ，Ｂは、入力パルスの高さ
が前記閾値レベルT1を越えている限りにおいて
所定の高さが保たれている。上述したように、信
号A1とB1との時間差が従来技術におけるジツタ
ー効果が生じる原因となるものである。
上記ジツターを減少させるため、この発明は低
い閾値レベルT2に対して入力パルスをテストす
るための第２の比較器７６が設けられている。前
記比較器７６は入力パルスが低い閾値レベルT2
を越える時に、第２の信号を発生させるために設
けられる。第４Ｂ図は、第３図で示されたパルス
が供給された時の第２の比較器から出力として説
明される。特に、第２の信号Ａは、パルスＡが点
７８において低い閾値T2と交差する時に発生さ
れる。同様に、信号B2は、パルスＢが点８０に
おいて閾値T2と交差する時に発生される。第２
図及び第３図から明らかなように、パルスＢは、
パルルスＡが交差する時間よりもW2だけ遅い時
間に閾値レベルT2と交差する。上述したように、
閾値レベルT2に関連する一定の時間間隔W2は上
の閾値レベルT1に関連する時間間隔W1よりも狭
い間隔である。このような時間間隔の設定は、こ
の発明の回路をして、ジツターを減少させる。
比較器７６は、低閾値レベルにセツトされるの
で、有効でないパルスに基ずいた信号を発生す
る。
例えば、パルスＣは点８２において低い閾値レ
ベルT2と交差するので、信号C2は第４Ｂ図に示
されるように発生される。比較器７６は、無効な
パルスに基ずいた信号を発生するので、この比較
器からの情報は、パルスの有効性を決めるためだ
けに使用することは出来ない。むしろ、前記比較
器７６から発生する信号は、比較器７４から発生
される信号と結合されることによつて所望の結果
を得ることができる。
この発明によれば、第２の比較器７６からの信
号は、遅延手段８４に供給される。前記遅延手段
８４は、例えば単安定マルチバイブレータに限定
されて用いられる。遅延の長さは、いろいろな要
素に基ずいて計算され、例えば特別な閾値レベル
が選択される。しかしながら、時間間隔は、遅延
手段８４からの出力が、パルスが上の閾値レベル
T1を越えている時間において生ずるに十分な長
さでなければならない。
第４Ｃ図は、第４Ｂ図で示された比較器７６に
よつて発生された信号が供給されたときの前記遅
延手段の出力である。遅延手段８４の出力A3，
B3及びC3は、一定の遅延時間を除いて、比較器
７６の出力に見合つた遅延時間に等しい。
遅延手段８４からの出力と第１の比較器７４か
らの出力とは、次いでゲート９０に供給される。
好ましくはゲート９０は、アンドゲートのような
論理回路より成る。通常知られているように、ア
ンドゲートは、入力信号の両者が共に高いレベル
の時にのみ、正の出力パルスを発生する。
勿論、低レベル信号が有効なパルスを示すもの
とした場合には論理アンドゲートは両入力パルス
が高いときにのみ、負の出力パルスを発生させる
ために使用することができると理解される。
論理アンド回路となるゲート９０からの出力
は、第４Ｄ図で説明される。特ら、入力パルスＡ
に基ずく出力パルスA4は比較器７４と遅延回路
８４からの信号A1とA3とが同時に高いレベルで
ある時に発生する。同様に、出力パルスB4は信
号B1とB3とが両者共に高いレベルのときに発生
する。出力パルスA4とB4との間の間隔は、タイ
ミング間隔W2に一致する。ゲート手段９０は、
決して比較器７４からの対応する信号が供給され
ることはないので、入力パルスＣに対するいかな
る出力パルスも発生しない。
各出力パルスA4，B4は、コンピユータを動作
させ、陰極線の位置に相当するアドレスを有する
カウンタの内容を読みす阻止信号として使用され
る。
パルスA4とB4との間の時間差は、相対的に短
いので、ジツターの原因となる測定値の変動は最
少となる。
勿論、回路には遅延動作が伴うので、各パルス
が始点から制限された時間経過後に、前記阻止信
号は生ずることになる。しかしながら、遅延時間
は一定の値なので、阻止信号が発生するタイミン
グは、論理的には、カウンターから所定の値を減
ずることによつて修正することができる。
第３図及び第４図で説明されるように、パルス
A4とB4との間の時間差W2は、高い閾値との交差
点６０と６２間の時間差W1よりも少ない。実際
には、前記期間W1は図示されているよりも幾分
短い。特に、入力パルスを昇圧するために用いら
れる増幅器は、立ち上りの早いパルスを阻止する
ため特別な、スロープに関する制限が加えられて
いる。従つて、各パルスの初期の段階では、夫々
の曲線は事実上は一致して画かれ、ジツター効果
は除去される。
ジツターの減少量は、閾値レベルT1とT2とを
調整することによつて決めることができる。例え
ば、高い閾値レベルT1がパルスの最大高さの75
％に設定され、低い閾値レベルの50％に設定され
ると、40ナノセコンドのジツターとすることがで
きる。低い閾値レベルがパルスの最大高さの25％
に減少されると、20ナノセコンドのジツターのみ
とすることができる。この範囲にジツターを減少
させることは、略±0.5画素のエラーに相当する。
このようにすることによつて、独立した画素間
の正確な位置付けが行なわれるのであれば、図を
描くような応用範囲を広げたライトペンの使用が
可能となる。
一般的に言えば、グラフイツク表示に用いられ
る新規で改良された高解像力のライトペンを供給
することであるが、加えて、入力パルスの有効性
も判断し、ジツター効果を減少するための独特な
回路が設けられる。この発明のライトペン１０は
円筒体２０内に移動可能に収納された照準チユー
ブ２２を有している。前記照準チユーブは、長手
軸方向に沿つて円筒形チヤネル３８が含まれてい
る。前記チヤネルの内表面は光を屈折しないよう
形成されている。光検出器３０は、前記照準チユ
ーブと一直線上に、前記円筒体内に設けられる。
この発明によれば、レンズ４２は、チヤネルの
先端に隣接して設けられる。レンスズ４２の焦点
距離は、ライトペンがビデオスクリーンに対向し
て位置されるときに、画素の虚像とレンズとの間
の距離に等しくなるよう定められる。このような
配置とすることによつて、レンズを介して受光さ
れる前記画素から放出される全ての光線は前記円
筒体の長手軸に沿つて屈折され、前記光検出器い
向う。レンズを通過する整列されていない画素か
らの光は、チヤネルの非屈折面によつて吸収され
る。
ライトペンの好ましい実施例によれば、第２の
レンズ５０が、光検出器に平行な光ビームを集光
させるために設けられる。このような配置とする
ことによつて、整列された画素からの光検出器に
よつて検出される光の量は最大であり、偽信号が
生ずる原因となる整列されていない画像からの光
は吸収される。
ライトペンの好ましい実施例によれば、ライト
ペンがビデオスクリーンに対して押圧されると、
前記照準チユーブ後方に移動されることによつて
スイツチング動作が行なわれる小型スイツチ３２
が設けられる。従つて、ライトペンのスイツチン
グ動作は、他の電気的なワイヤを動かすことなく
行なわせることができる。
この発明は更に、入力パルスの有効性を判断
し、一方においては、ジツター効果を減少させる
新規で改良された識別回路を有している。前記識
別回路は、入力パルスを受け、その電圧値が高い
閾値レベルT1を越えるときはいつでも、有効パ
ルスに相当する第１の信号を発生させる第１の比
較器７４を有している。第２の比較器７６は、入
力パルスの電圧値が、低い閾値レベルT2を越え
ると第２の信号を発生させるために設けられる。
第２の比較器からの第２の信号は、遅延され、前
記第１の信号と共にゲート手段９０に供給され
る。
前記ゲート手段は、第１と第２の信号が同時に
入力されると出力パルスを発生する。前記ゲート
手段から発生される出力信号は、入力パルスの高
さとは無関係である。
この発明は上述の実施例にに限られることな
く、発明の要旨を変えることなく変更することが
できる。更に、前記高解像度ライトペン及び前記
識別回路は希望するときは独立して用いることが
できる。しかしながら組み合せて例えば、最大の
解像力を得ることができ、好ましくないジツター
効果を除去できる。
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