JP3107867B2 - Optical two-dimensional coordinate input device - Google Patents

Optical two-dimensional coordinate input device

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JP3107867B2
JP3107867B2 JP24440991A JP24440991A JP3107867B2 JP 3107867 B2 JP3107867 B2 JP 3107867B2 JP 24440991 A JP24440991 A JP 24440991A JP 24440991 A JP24440991 A JP 24440991A JP 3107867 B2 JP3107867 B2 JP 3107867B2
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生松 藤本
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株式会社ワコム
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Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光反射型のカーソルを用いて画像情報等の手動入力を行なう光学式2次元座標入力装置に関する。 The present invention relates to relates to an optical two-dimensional coordinate input device for manual input such as image information using the cursor of the light reflection type.

【0002】 [0002]

【従来の技術】光学式2次元座標入力装置としては、従来から図7に示す様に三角測量の原理に基いたものが知られていた。 2. Description of the Related Art As optical two-dimensional coordinate input device, those based conventionally on the principle of triangulation as shown in FIG. 7 has been known. この種の座標入力装置は例えば特開平3− This type of coordinate input device, for example JP-3-
5805号公報に開示されている。 Disclosed in 5805 JP. 図示する様に、従来の光学式座標入力装置は、一対の光学ユニット101, As shown, the conventional optical coordinate input apparatus, a pair of optical units 101,
102と光反射型のカーソル103とから構成されている。 And a 102 and the light reflection type cursor 103. 一方の光学ユニット101にはレーザ光源104が収納されており、放射されたレーザ光線は回転鏡105 On one of the optical unit 101 has a laser light source 104 is accommodated, emitted laser beam rotating mirror 105
によって角的に走査され座標領域と平行に走査光線が出射される。 Parallel to the scanning beam is emitted and the angular scanned by coordinate area by. 他方の光学ユニット102も同様の構成を有しており第1の走査光線と交差する様に第2の走査光線を出射する。 The other optical unit 102 for emitting the second scanning beam so as to intersect the first scanning beam has the same configuration. 一対の走査光線は円筒鏡面を有するカーソル103によって再帰的に反射され逆進する。 A pair of scanning beam is backward recursively reflected by a cursor 103 having a cylindrical mirror. 逆進した光は各光学ユニットに内蔵された受光素子により受光検出される。 Light backward is received and detected by the light receiving element built in the optical unit. 光学ユニット101はこの受光検出に基き、 The optical unit 101 based on the light receiving detection,
レーザ光線とカーソルから逆進した光線とのなす角θ1 The angle θ1 of the light rays backward from the laser beam and the cursor
を測定する。 To measure. 同様に、光学ユニット102もレーザ光線とカーソル103から逆進した光線とのなす角θ2を測定する。 Similarly, the optical unit 102 also measures the angle θ2 of the light rays backward from the laser beam and the cursor 103. なお、一対の光学ユニット101及び102に備えられている回転鏡の回転中心間距離はLに設定されている。 The rotation center distance between rotating mirror provided in the pair of optical units 101 and 102 are set to L. 又、レーザ光源104から放射されるレーザ光は距離Lを通る直線に対して予め傾角Δθ1分だけ傾いて設定されている。 The laser beam emitted from the laser light source 104 is set inclined by advance-angle Δθ1 minutes with respect to a straight line passing through the distance L. これは設計上の理由によるものである。 This is due to reasons of design. 同様に、他方のレーザ光源から放射されるレーザ光も傾角Δθ2分だけ傾いて設定されている。 Similarly, are set inclined by laser light is also tilt Δθ2 minutes emitted from the other laser light source. 図示する幾何学的関係から明らかな様に、カーソル103によって指定された点Pの2次元座標x,yは、三角測量の原理に従い距離Lと、θ1−Δθ1と、θ2−Δθ2とから計算できる。 As is clear from the geometrical relationship illustrated, two-dimensional coordinates x, y of the point P designated by the cursor 103, the distance L in accordance with the principle of triangulation, and .theta.1-.DELTA..theta.1, can be calculated from the Metropolitan .theta.2-.DELTA..theta.2 . 例えば、回転鏡105の回転中心Oを座標原点に設定した時、入力座標値x,yは以下の数式1及び数式2によって与えられる。 For example, when the rotation center O of the rotating mirror 105 is set to the coordinate origin, the input coordinates x, y is given by Equations 1 and 2 below.

【数1】 [Number 1]

【数2】 [Number 2] この計算はコンピュータ等から構成される計算部106 This calculation consists of a computer or the like calculating unit 106
により実行される。 It is executed by.

【0003】 [0003]

【発明が解決しようとする課題】図7の幾何学的構成から明らかな様に、三角測量の原理に基き入力座標値を精密に求める為には、基準点となる回転鏡の中心に対して正確にレーザ光線を入射させる必要がある。 [0007] As apparent from the geometrical arrangement of FIG. 7, in order to obtain the input coordinates precisely based on the principle of triangulation, with respect to the center of the rotating mirror serving as a reference point it is necessary to accurately incident laser beam. 従来、例えばCCDカメラを利用してレーザ光線の軸合せを行なっていたが、熟練を要するとともに誤差の生ずるのを避ける事ができない。 Conventionally, for example by using a CCD camera was performed shaft combined laser beam, can not avoid resulting of errors with it requires skill. 又、一対の基準点間の距離Lを固定するとともに予め精度良く測定する必要がある。 Further, it is necessary to previously measured accurately to fix the distance L between the pair of reference points. この為、 For this reason,
従来一対の光学ユニットを固定する為に線熱膨張係数の極めて小さな特殊金属材料からなるフレームを用いていた為高価であった。 Because was expensive have used frames very of small special metallic material linear thermal expansion coefficient in order to secure a conventional pair of optical units. 又、例えば縦2m横6mの大型座標入力装置を作成した場合、±0.5mm程度の座標検出精度を出す為に、距離Lの測定誤差は0.01mm程度にする必要がある。 Further, for example, if you create a large coordinate input device of the vertical 2m horizontal 6 m, in order to issue a coordinate detection accuracy of about ± 0.5 mm, the measurement error of the distance L should be about 0.01 mm. 一般に、かかる測定精度を達成する事は困難である。 In general, it is difficult to achieve the measurement accuracy. さらに、前述した傾斜角あるいはオフセット角Δθ1,Δθ2を精密に測定する必要がある。 Further, the inclination angle or offset angle Δθ1 described above, it is necessary to precisely measure the .DELTA..theta.2. この角度測定は極めて厳しい精度を要求され、例えば上述した座標検出精度を達成する為には0.001度以下の誤差しか許されない。 This angle measurement is required to extremely tight tolerances, for example, to achieve coordinate detection accuracy as described above is not only allowed 0.001 degrees or less error.

【0004】以上に述べた様に、従来の三角測量の原理に基く光学式2次元座標入力装置には実際に制御が不可能な様々の誤差要因が含まれており、縦2m横6mの大型座標入力装置において市場で一般に要求される座標検出精度±0.5mmを達成する事が困難であるという課題がある。 [0004] As mentioned above, the optical 2-dimensional coordinate input device based on the principle of a conventional triangulation includes a variety of error factors can not actually control, vertical 2m horizontal 6m large possible to achieve coordinate detection accuracy ± 0.5 mm which is commonly required in the market in the coordinate input device there is a problem that it is difficult. 又、可能な限り座標検出誤差を小さくする為に、予め極めて熟練を要し且つ長時間に渡る測定作業若しくは調整作業が避けられないという課題があった。 Further, in order to reduce the coordinate detection error as possible, there is a problem that previously very skilled to take and over a long period of time measuring operation or adjustment is inevitable.

【0005】かかる従来の技術の課題に鑑み、本発明はレーザ光線の正確な軸合せを要せず、且つ角度や距離のパラメータ測定を必要としない光学式2次元座標入力装置を提供する事を目的とする。 [0005] Such light of the problems of the prior art, the present invention without requiring precise axis alignment of the laser beam, and that provides the angle and distance optical two-dimensional coordinate input device which does not require the parameter measurements for the purpose.

【0006】 [0006]

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課題を解決し本発明の目的を達成する為に採用された手段は以下の通りである。 [SUMMARY OF] To solve the problems of the prior art described above by means adopted to achieve the object of the present invention is as follows. 即ち、本発明にかかる光学式2次元座標入力装置は、基本的な構成要素として、2次元座標面を規定する平面部材と、光反射型のカーソルと、一対の光学ユニットとを含んでいる。 That is, the optical 2-dimensional coordinate input device according to the present invention, as basic components, and includes a planar member defining a two-dimensional coordinate plane, and the light reflective cursor, a pair of optical units. カーソルは、入力座標を指定する為に2次元座標面上を移動可能に載置されているとともに、2次元座標面に平行な走査光線を再帰的に反射する機能を備えている。 Cursor with is movably mounted on a two-dimensional coordinate plane in order to specify the input coordinates, and a function of reflecting recursively parallel scanning beam in a two-dimensional coordinate plane. 又、一対の光学ユニットは、各々2次元座標面上において互いに離間して配置された固定光源を含んでいる。 Further, a pair of optical units includes a respective fixed light source disposed apart from each other on the two-dimensional coordinate plane. 各固定光源から放射された光源光線は回転鏡等により角的に走査され2本の交差する走査光線が生成される。 Light rays emitted from the fixed light source scanning beam intersects the corner scanned by two by a rotating mirror or the like is generated. 加えてカーソルにより反射された各再帰光線を受光する様になっており、各光源光線を基準とした対応する再帰光線の偏角を測定する。 In addition it has become as to receive the respective retroreflected rays of light reflected by the cursor, to measure the deflection angle of the corresponding retroreflected rays relative to the respective light sources light. 本発明の特徴的要素として、計算部と設定部とが設けられている。 As a characteristic element of the present invention, the calculation unit and the setting unit is provided. 計算部は一対の偏角の測定値に基き所定のパラ Calculator predetermined para based on measurements of a pair of deflection angle
メータを含む座標計算式を用いて入力座標の2次元座標値を計算する。 Calculating two-dimensional coordinates of the input coordinates using the coordinate calculation formula including the meter. 又、設定部はシミュレーションにより予め座標計算式の最適化を行なう様にしている。 Further, the setting unit is the manner previously to optimize the coordinate calculation formula by simulation. 具体的に Concretely
は、前記一対の光学ユニットは、該入力座標の2次元座 , The pair of optical units, a two-dimensional locus of the input coordinates
標値の精度に影響を及ぼす光学的又は機械的な誤差要因 Affect the accuracy of the target value optical or mechanical error factors
を含んでおり、前記設定部は、該誤差要因を吸収し又は The includes the setting unit absorbs said error factors or
打ち消す様に該パラメータを設定して該座標計算式の最 Most of the coordinate calculation formula to set the parameters as cancel
適化を行なう。 Perform optimization.

【0007】 [0007]

【作用】本発明によれば、入力座標の2次元座標値は所定の座標計算式を用いて一対の偏角の測定値に基き計算される。 According to the present invention, 2-dimensional coordinate values ​​of the input coordinates are calculated based on measurements of a pair of deflection angle with a predetermined coordinate calculation formula. この座標計算式はシミュレーションにより予め最適化された形として設定される。 The coordinate calculation formulas are set in advance as an optimized form by simulation. 換言すると、個々の座標入力装置のハードウェア構成に含まれる諸々の誤差要因を吸収し且つキャンセルしたものとして与えられる。 In other words, it is given as those and cancel absorb various error factors included in the hardware configuration of each of the coordinate input device. 従って、従来の三角測量の原理に基く構造の様に各パラメータの精密な測定及び光軸合せを何ら必要としない。 Therefore, it does not require any precise measurement and the optical axis together of each parameter as a structure based on the principle of a conventional triangulation. そして、光源光線例えばレーザ光線と再帰光線とのなす偏角自体は光学ユニットによって極めて精密に測定できる。 Then, eggplant argument itself the source light beam such as a laser beam and retroreflected rays can very precisely measured by the optical unit. この様に、精密測定の可能な偏角データのみに基いて入力座標の2次元座標値を計算するので算術誤差のみとなり座標検出精度が著しく向上する。 Thus, the coordinate detection accuracy becomes only arithmetic error is remarkably improved because calculating two-dimensional coordinates of the input coordinates based only on the argument data capable of precise measurement.

【0008】 [0008]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を詳細に説明する。 EXAMPLES illustrating the preferred embodiments in detail of the present invention with reference to the drawings. 図1は本発明にかかる光学式2次元座標入力装置の基本的構成を示す模式図である。 Figure 1 is a schematic view showing a basic configuration of an optical two-dimensional coordinate input device according to the present invention. 図示する様に、本装置は2次元座標面を規定する平面部材1を備えている。 As shown, the apparatus includes a planar member 1 defining a two-dimensional coordinate plane. この平面部材1は精度良く升目が振ってあるプロッタシート等からなり0.1mm程度の精度を有するとともに縦2m横6mの寸法を有する。 The planar member 1 has dimensions in the longitudinal 2m horizontal 6m which has a precision of about 0.1mm consists plotter sheets or the like are swung is accurately squared. 2次元座標面上にはカーソル2が移動可能に配置されており、2次元座標面に平行な走査光線を再帰的に反射する機能を備えている。 The on a two-dimensional coordinate plane cursor 2 is arranged movably, and a function of reflecting recursively parallel scanning beam in a two-dimensional coordinate plane. カーソル2の中心点Pを所望の位置に合わせる事により入力座標を指定する。 Specifying the input coordinates by aligning the center point P of the cursor 2 to the desired position. 一対の光学ユニット3及び4が2次元座標面の上側において互いに離間して配置されている。 Are arranged apart from each other in the upper pair of optical units 3 and 4 are two-dimensional coordinate plane. 右側の光学ユニット3にはレーザ発振器等からなる固定光源5が収納されている。 A fixed light source 5 consisting of a laser oscillator or the like is accommodated in the right side of the optical unit 3. さらに所定の回転軸M1を中心として定速回転する反射鏡6を備えており、固定光源5から放射された光源光線を連続的に反射して走査光線を生成する。 Further includes a reflecting mirror 6 for constant speed about a predetermined rotation axis M1, the light source light emitted from the fixed light source 5 continuously reflected to produce a scanning beam. 加えて、カーソル2により反射され逆進した再帰光線を受光する為の受光素子を含んでいる。 In addition, it includes a light receiving element for receiving the retroreflected rays of light and backward is reflected by the cursor 2. かかる構成により、光学ユニット3は光源光線と再帰光線とのなす角2×θ1あるいは偏角θ1を測定する。 With this configuration, the optical unit 3 measures the angle 2 × .theta.1 or declination .theta.1 of the light source light and the retroreflected rays. 左側の光学ユニット4も同様の構成を有しており、固定光源15から放射した光源光線は回転軸M2を中心として回転する反射鏡16により連続的に反射され先に述べた第1の走査光線と交差する第2の走査光線を生成する。 Left optical unit 4 also has the same configuration, the first scanning beam light source beam mentioned continuously reflected destination by the reflecting mirror 16 which rotates about an axis of rotation M2 radiated from a fixed source 15 generating a second scanning beam intersects the. カーソル2によって反射逆進された再帰光線と光源光線とのなす偏角θ2を測定する。 Measuring the formed polarization angle θ2 of the reflection reversing been retroreflected rays and light rays by the cursor 2. 本装置においては、各固定光源から放射される光源光線の光軸を反射鏡の回転軸に対して正確に合わせる必要はない。 In the present device need not be matched exactly to the axis of rotation of the reflecting mirror to the optical axis of the light source light emitted from the fixed light source. 又、一対の回転鏡の回転軸間距離を正確に測定する必要がないばかりでなく、2次元座標面のX軸に対して正確な平行度を出す必要もない。 Also, not only it is not necessary to accurately measure the rotation center distance between the pair of rotating mirror, it is not necessary to produce accurate parallelism to the X axis of the two-dimensional coordinate plane.

【0009】一対の光学ユニット3及び4にはコンピュータ等からなる計算部8が接続されており、一対の偏角θ1,θ2の測定値に基き所定の座標計算式を用いて入力座標Pの2次元座標値を計算する。 [0009] The pair of the optical unit 3 and 4 are connected to calculator 8 comprising a computer or the like, a pair of deflection angle .theta.1, the input coordinate P by using a predetermined coordinate calculation formula based on measurements of .theta.2 2 calculating a dimension coordinate values. さらに、設定部9 In addition, the setting unit 9
が設けられており、シミュレーションにより予め座標計算式の最適化を行なう様にしている。 It is provided with, and in the manner previously to optimize the coordinate calculation formula by simulation. 即ち、光学ユニット3及び4に含まれる様々な誤差要因を座標計算式の各パラメータに吸収する形で最適化を行なう。 Namely, the optimization in a manner to absorb the various error factors included in the optical unit 3 and 4 for each parameter of the coordinate calculation formula.

【0010】図2を参照して図1に示す光学式2次元座標入力装置の動作を詳細に説明する。 [0010] With reference to FIG. 2 operates will be described in detail an optical two-dimensional coordinate input device shown in FIG. 図2は右側の光学ユニットの動作を説明する為の幾何光学的な線図である。 Figure 2 is a geometric optical diagram for explaining the operation of the right optical unit. なお、左側の光学ユニット4についても同様の光線図を用いてその動作を説明する事ができる。 Incidentally, it is possible to explain the operation by using the same ray diagram also left optical unit 4. 先ず、固定光源5から放射される光源光線Sを以下の数式3に示される直線方程式で表わす事にする。 First, the fact that represents a straight line equation shown the light source beam S emitted from the fixed light source 5 in the formula 3 below.

【数3】 [Number 3] なお、数式3において特にパラメータx m1及びy m1を導入したのは後の計算上の都合である。 Incidentally, it is convenient especially the introduction of parameters x m1 and y m1 is the later calculations of the equation 3. パラメータx m1 Parameter x m1,
m1は回転鏡6の回転軸M1の2次元座標を示している。 y m1 represents the two-dimensional coordinates of the rotation shaft M1 of the rotating mirror 6. 光源光線Sは反射点R1(x r1 ,y r1 )を通過するのであるから以下の数式4が成立する。 Light source beam S is reflected points R1 (x r1, y r1) following Equation 4 since it is to pass is established.

【数4】 [Number 4]

【0011】次に、反射鏡6を通る直線Tを考える。 [0011] Next, consider a straight line T passing through the reflection mirror 6. この直線Tは反射点R1及び回転軸M1を通過するのであるから、その傾きは以下の数式5によって表わされる。 Since this straight line T is to pass through the reflection point R1 and the rotating shaft M1, the slope is represented by Equation 5 below.

【数5】 [Number 5]

【0012】この傾きは偏角θ1の関数になっている事を以下に演算する。 [0012] This inclination is to calculate below that is a function of the deflection angle θ1. なおθ1は光源光線Sと再帰光線U Note θ1 the light source beam S retroreflected rays U
とのなす角2×θ1の半分の値である。 It is half the value of the angle 2 × .theta.1 with. 先ず、回転軸M First, the rotation shaft M
1を通り且つ光源光線Sに直交する直線Vを考える。 Consider the straight line V which is orthogonal to 1 as and light rays S. この直線Vは光源光線Sに直交しているのであるからその傾きは−1/aである。 Its slope is -1 / a from the straight line V is the orthogonal to the light source beam S. 従って、直線VとX軸とのなす傾斜角はarctan(−1/a)で表わされる。 Therefore, tilt angle between the straight line V and the X axis is represented by arctan (-1 / a). 又、 or,
直線Vと直線Tとのなす角はθ1に等しい。 Angle between the straight line V and the straight line T is equal to .theta.1. この関係は光源光線Sと再帰光線Uとの間に成立する反射の法則を用いて容易に導き出す事ができる。 This relationship can be easily derived that using the law of reflection established between the light source beam S and the retroreflected rays U. さて、直線Vと直線Tのなす角がθ1であるから、直線TとX軸とのなす角はθ1+arctan(−1/a)で表わされる。 Now, because the angle between the straight line V and the straight line T is .theta.1, the angle between the straight line T and the X axis is represented by θ1 + arctan (-1 / a). 従って、先に数式5に表わされた直線Tの傾きは以下の数式6の様に求められる。 Thus, the slope of the straight line T which previously represented in formula 5 is obtained as follows in Equation 6.

【数6】 [6]

【0013】最後に、反射点R1と入力座標点Pを通る再帰光線Uについて考えてみる。 [0013] try Finally, think about recursion ray U passing through the input coordinate point P and the reflection point R1. 再帰光線Uは反射点R Retroreflected rays U are reflected point R
1及び座標点Pを通るのであるから、その傾きは以下の数式7により与えられる。 The because it passes through the 1 and the coordinate point P, the slope is given by Equation 7 below.

【数7】 [Equation 7] なお数式7においてx 及びy は入力座標Pの2次元座標値を表わす。 Note x p and y p in Equation 7 represents a 2-dimensional coordinate values of the input coordinates P. 再帰光線UとX軸とのなす角は以下の数式8によって表わされる。 Angle between the retroreflected rays U and the X axis is represented by the following formula 8.

【数8】 [Equation 8]

【0014】一方、光源光線SとX軸とのなす角はar [0014] On the other hand, the angle between the light source beam S and X-axis is ar
ctan(a)で表わされる。 Represented by ctan (a). 従ってその補角はπ−a Therefore the supplement is π-a
rctan(a)で表わされる。 Represented by rctan (a). 図2の幾何学的関係から明らかな様に、光源光線S、再帰光線U及びX軸とにより規定される三角形には以下の数式9で表わされる角度関係が成立する。 As is clear from the geometrical relationship of FIG. 2, the light source beam S, the triangle defined by the retroreflected rays U and the X-axis angular relationship expressed by the following equation 9 is established.

【数9】 [Equation 9]

【0015】この様にして得られた数式4,数式6及び数式9をまとめて整理し変数x r1及びy r1を消去すると以下の数式10が最終的に得られる。 [0015] Equation 4 obtained in this way, the following equation 10 is finally obtained and erases the variable x r1 and y r1 organize collectively Equation 6 and Equation 9.

【数10】 [Number 10]

【0016】同様にして、左側の光学ユニット4に関しても以下の数式11が得られる。 [0016] In the same manner, the following Equation 11 with regard left optical unit 4 is obtained.

【数11】 [Number 11]

【0017】数式10及び数式11は入力座標値x [0017] Equation 10 and Equation 11 is input coordinate values x p,
と一対の偏角θ1,θ2との関係を表わしている。 y p and a pair of deflection angle .theta.1, represents the relationship between .theta.2.
θ1及びθ2は実測で得られる数値である。 θ1 and θ2 is a numerical value obtained by actual measurement. 実測された一対の偏角データを数式10及び数式11に代入しx Substituting the measured pair of argument data to Equation 10 and Equation 11 x p
及びy に関する連立方程式を解く事によって入力座標値を計算できる。 And it can be calculated input coordinates by solving the simultaneous equations for y p.

【0018】ところで、数式10には4個のパラメータa,b,x m1及びy m1が含まれている。 By the way, it contains four parameters a, b, x m1 and y m1 in formula 10. aは光源光線S a light source beam S
を表わす直線の傾きであり、bは同じく切片b+a×x Is the slope of the straight line representing the, b is also intercept b + a × x
m +y m1に含まれるパラメータであり又x m1 ,y m1は反射鏡6の回転軸M1の2次元座標値である。 m + y m1 is a parameter included in addition x m1, y m1 is 2-dimensional coordinate values of the rotation shaft M1 of the reflecting mirror 6. これらのパラメータはシミュレーションによって予め最適に設定される。 These parameters are previously set optimally by simulation. 数式11についても同様である。 The same applies to the equation (11). 例として、数式10に着目すると、これは4個の変数a,b,x m1及びy m1を含む4変数方程式と見做せる。 As an example, when attention is focused on Equation 10, which is four variables a, b, 4 variables equation and regarded to include an x m1 and y m1. 従って、座標値が既知である4個のサンプル入力座標について偏角データを実測する。 Therefore, actually measuring the polarization angle data for four samples input coordinate coordinate values ​​are known. 4個のサンプル座標値データ及び対応する実測偏角データを数式10に代入する事により変数a, Variable a by substituting the four samples coordinate value data and the corresponding actual argument data in Equation 10,
b,x m1及びy m1に関する4次元連立方程式が得られる。 b, 4-dimensional simultaneous equations regarding x m1 and y m1 is obtained. この4次元方程式を設定部9に内蔵されているサブルーチンを用いて解く事により各パラメータa,b,x Each parameter a by solved using a subroutine is built to the four-dimensional equation setting unit 9, b, x
m1及びy m1の最適値を得る事ができる。 the optimum value of m1 and y m1 can be obtained.

【0019】設定部9における座標計算式(数式10, The coordinate calculation formula in the setting unit 9 (Equation 10,
数式11)の最適化が終了すると、計算部8により未知の入力座標値に対して実測された偏角データを用いて座標計算が行なわれる。 When optimization of Equation 11) is completed, the coordinate calculation is performed by the calculation unit 8 by using the argument data actually measured with respect to the unknown input coordinate values. 即ち、実測された偏角データを数式10及び数式11に代入する事により未知の座標データx ,y を与える2次元連立方程式が求められる。 That is, the unknown coordinate data x p, two-dimensional simultaneous equation giving y p obtained by substituting the actually measured deflection angle data to the equation 10 and equation 11.
この2次元連立方程式を計算部8に内蔵されているサブルーチンで解く事により入力座標値が求められる。 Input coordinate value is obtained by solving a subroutine that is built with this two-dimensional simultaneous equations calculating unit 8.

【0020】ところで、最適化された座標計算式の精度は4個のサンプル入力座標の選択に依存している事になる。 By the way, the accuracy of the optimized coordinate calculation formula will be dependent on the choice of four samples input coordinates. この依存性を除去する為にシミュレーションを繰り返し行なう事が好ましい。 It is preferable to repeat the simulation in order to remove this dependency. 例えば、先ずX軸と平行に等間隔で配置されている4個の既知のサンプル入力座標に対して偏角データを測定し座標計算式のパラメータを仮に計算してみる。 For example, try to temporarily calculate the parameters of the measured coordinate calculation formula declination data to the four known sample input coordinates are arranged first in parallel to the X axis at equal intervals. この仮計算された結果に基いて、さらに他の既知の複数の座標点に関し測定された偏角データに基いて実際に座標値を演算してみる。 Based on the temporary calculated result, try to compute the actual coordinates based on the further declination data measured relates other known plurality of coordinate points. 演算結果と入力座標点に与えられた既知の座標値とを比較し精度を評価する。 Comparing the known coordinate values ​​given to the input coordinate point and the operation result to evaluate the accuracy. この様に、座標計算式に含まれるパラメータの仮計算を繰り返し、最適精度を与える特定の4個のサンプル入力座標を最終的に固定しパラメータの確定計算を行なう。 Thus, repeated temporary calculation of parameters included in the coordinate calculation, the specific four samples input coordinates provide optimum accuracy finally performing fixed to confirm the calculation of parameters.

【0021】ところで、最終的に固定された4個のサンプル入力座標に対して測定された偏角データ自体にも誤差が含まれている可能性がある。 [0021] Incidentally, there is a possibility that the final declination data itself, which is measured for a fixed four samples input coordinate is also included an error. そこで、この誤差を除く為に追加のシミュレーションを行なう事が好ましい。 Therefore, it is preferable to carry out the additional simulation in order to remove this error.
即ち、4個のサンプル入力座標を各々少しずつずらし、 In other words, each shifted by a little four sample input coordinates,
測定される偏角データを振らせてみる。 Try to shake the polarization angle data to be measured. この過程で、入力座標値の演算を繰り返し行ない2次元座標領域全体に渡って最も精度が高くなるパラメータを設定する。 In this process, setting the highest accuracy becomes higher parameters throughout repeated performs two-dimensional coordinate area calculation of the input coordinates. この様にして得られた座標計算式を用いて実際に未知の入力座標の計算処理を行なってみると、平均精度として0. In fact try performing computation processing of an unknown input coordinates using the coordinate calculation formula obtained in this way, 0 as an average precision.
15mm程度を達成する事ができた。 I was able to achieve about 15mm.

【0022】最後に本発明に用いられる光学ユニット及びカーソルの具体例を簡潔に説明する。 [0022] Briefly a specific example of the optical unit and the cursor used in the last present invention. 図3は右側光学ユニット3の構成例を示す模式図である。 Figure 3 is a schematic diagram showing a configuration example of the right optical unit 3. なお、左側光学ユニットも同様の構成を有する。 Incidentally, the left optical unit have the same configuration. 光学ユニット3は、 The optical unit 3,
固定光源5と回転軸M1を中心として一定角速度で回転する反射鏡6と、カーソルに反射されて戻って来た再帰光を受光し検出信号を発生する為の受光素子21とを有する。 It has a fixed light source 5 and the reflecting mirror 6 rotating at a constant angular velocity rotation shaft M1 around, and a light receiving element 21 for generating a light reception detecting signal return light came reflected back to the cursor. 固定光源5から発した光源光線はハーフミラー2 Light rays emitted from the fixed light source 5 half mirror 2
2を通過して反射鏡6の回転軸M1近傍に向う。 Through the 2 toward the vicinity of the rotation shaft M1 of the reflecting mirror 6. この時、必ずしも光源光線の光軸を回転軸に一致させる必要はない。 In this case, it is not always necessary to match the optical axis of the light source beam to the rotating shaft. ここで光源光線は一定角速度で走査され、カーソルの中心軸を横切った時再帰的に反射され逆進して反射鏡6に戻る。 Here the light source beam is scanned at a constant angular speed, and reverse recursively reflected when crossing the central axis of the cursor back to the reflecting mirror 6. ここでさらに反射されハーフミラー22 Here it is further reflected the half mirror 22
を介してフィルタを通過した後フォトダイオード等からなる受光素子21により受光される。 It is received by the light receiving element 21 consisting of a photodiode or the like after passing through a filter through. 受光素子21は受光タイミングに同期して検出信号を出力する。 Receiving element 21 outputs a detection signal in synchronization with the light receiving timing.

【0023】反射鏡6は駆動回路23によって一定角速度で回転される。 The reflecting mirror 6 is rotated at a constant angular speed by a drive circuit 23. 駆動回路23は反射鏡6の1回転周期毎にタイミングパルスを出力する。 Drive circuit 23 outputs a timing pulse for each rotation period of the reflection mirror 6. 駆動回路23により出力されたタイミングパルス及び受光素子21により出力された検出パルスは波形処理回路24に入力され、波形処理を施された後出力端子から出力される。 Detection pulse output by the timing pulse and a light-receiving element 21 which is output by the drive circuit 23 is input to the waveform processing circuit 24 is outputted from an output terminal after being subjected to waveform processing. 出力信号は、タイミングパルスを基準にして検出パルスが発生した時間間隔に合わせて出力されるので、反射鏡6が一定角速度で回転している点から、結局再帰光線と光源光線とのなす角2×θ1を表わすものである。 Output signal, the detection pulse by a timing pulse as a reference is output in accordance with the time interval generated from the viewpoint of the reflector 6 is rotating at a constant angular speed, eventually angle between the retroreflected rays and light rays 2 × is representative of the .theta.1.

【0024】図4は座標入力用のカーソルの一例を示す斜視図である。 [0024] FIG. 4 is a perspective view showing an example of a cursor for coordinate input. カーソル2は中心軸を有する円筒状の光反射部材25と支持部材26から構成されている。 The cursor 2 is composed of a cylindrical light reflecting member 25 and the support member 26 having a central axis. 又図示しないが円筒状光反射部材25の内部には、交点が円筒の軸と一致したヘアクロスマークを有する照準部材が装着されている。 The inside of the not shown cylindrical light reflecting member 25, aiming member having a hair cross mark the intersection coincides with the axis of the cylinder is mounted. 与えられた座標面に対して支持部材2 Support for a given coordinate plane member 2
6の底面が接した状態でカーソル2を配置すると円筒の中心軸は座標面に対して垂直に配置される。 Central axis of the cylinder when placing cursor 2 in a state where the bottom surface is in contact 6 is arranged perpendicular to the coordinate plane. この状態で支持部材26を把持し照準部材を用いて入力すべき座標点を指定するのである。 Than is to specify the coordinate points to be input using the grasped aiming member to the support member 26 in this state. 座標平面に平行で且つ円筒状反射部材25の中心軸に向かって進行して来る走査光線は反射面に対して垂直に入射するので同一光路を逆方向に向って反射され、再帰光線は固定光源に向って戻って行く。 Scanning beam on the coordinate plane come progresses toward the central axis of and the cylindrical reflector member 25 parallel is reflected towards the same optical path in the reverse direction is incident perpendicular to the reflective surface, the retroreflected rays is fixed light source go back toward to the. 本カーソル2は走査光線が及ぶ範囲内であれば、任意の座標面に対して用いる事ができる。 This cursor 2 is as long as it is within the range of the scanning beam spans, can be used for any coordinate plane.

【0025】図5は本発明にかかる光学式座標入力装置の電気回路構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram showing an example of an electrical circuit configuration of the optical coordinate input apparatus according to the present invention. 既に説明した様に、本座標入力装置は一対の光学ユニット3及び4と計算部8及び設定部9を含むコンピュータ10とから構成されている。 As already explained, the coordinate input device and a computer 10 for containing a pair of optical units 3 and 4 and the calculation unit 8 and the setting unit 9. 光学ユニット3,4とコンピュータ10は互いにケーブルで電気的に接続されている。 The optical unit 3, 4 and the computer 10 are electrically connected by a cable to each other. 光学ユニット3は、反射鏡6を一定角速度で回転する為の駆動回路23及びこれに接続したタイミング検出回路2 The optical unit 3, the timing and the reflection mirror 6 is connected to a drive circuit 23 and this for rotating at a constant angular velocity detecting circuit 2
7を含んでいる。 It contains 7. タイミング検出回路27は反射鏡6が所定の周期Tで1回転する毎に所定のタイミング例えば反射鏡6の法線が固定光源5からの光源光線に平行となるタイミングで、タイミングパルスA1を出力する。 Timing detection circuit 27 at the timing at which the reflector 6 is parallel to the light source light from the normal fixed light source 5 of a predetermined timing for example the reflector 6 for each one rotation at a predetermined period T, outputs the timing pulses A1 . 又受光素子21は増幅回路28に接続されており検出信号は増幅された後検出パルスB1として出力される。 The light receiving element 21 is connected to and the detection signal to the amplifier circuit 28 is output as a detection pulse B1 after amplification. 波形処理回路24がタイミング検出回路27及び増幅回路2 Waveform processing circuit 24 is a timing detection circuit 27 and the amplification circuit 2
8に接続されており、受け入れたタイミングパルスA1 8 is connected to the timing pulse A1 accepted
及び検出パルスB1を波形処理して、出力パルスC1を出力する。 And detection pulses B1 and waveform processing, and outputs an output pulse C1. 出力パルスC1はカーソル2から来る再帰光線の受光に同期して発生するので、光源光線と再帰光線とがなす角2×θ1に関係している。 Since the output pulse C1 is generated in synchronization with the reception of the retroreflected rays of light coming from the cursor 2, the light source light and the retroreflected rays of light is related to the angle 2 × .theta.1. なお、他方の光学ユニット4も同様な電気的構成を有するのでその説明を省略する。 Incidentally, the description thereof is omitted because the other optical unit 4 has the same electrical configuration. コンピュータ10は第1の計数回路29を有し、右側光学ユニット3からの出力パルスC1のパルス間隔を計数し角度データθ1を算出する。 Computer 10 includes a first counting circuit 29 calculates the angle data θ1 counts the pulse interval of the output pulse C1 from the right optical unit 3. 又第2の計数回路30を有し、左側の光学ユニット4からの出力パルスC2のパルス間隔を計数し角度データθ2を算出する。 Also a second counting circuit 30 calculates the angle data θ2 counts the pulse interval of the output pulse C2 from the left side of the optical unit 4. 計算部8がインターフェース31及び32を介してこれら計数回路29及び30に接続している。 Calculating portion 8 is connected to these counter circuits 29 and 30 via the interface 31 and 32. 計算部8 Calculation unit 8
は実際に測定された一対の角度データθ1,θ2に基づき所定の座標計算式を用いて入力座標の2次元座標値を計算する。 Calculating two-dimensional coordinates of the input coordinates using actually measured pair of angle data θ1 it was, the predetermined coordinate calculation formula based on θ2 is. 又、設定部9も接続されており、シミュレーションにより予め座標計算式の最適化を行なう。 Further, setting unit 9 is also connected, it performs the pre-coordinates calculation formula optimized by simulation. このシミュレーションは、キーボード14により入力される既知のサンプル座標データと実測された角度データθ1, This simulation is angle data θ1, which is measured with known sample coordinate data entered by the keyboard 14,
θ2とに基いて行なわれる。 It is done on the basis of the θ2.

【0026】最後に、図6のタイミングチャートを参照して偏角の測定方法について簡潔に説明する。 [0026] Finally, briefly described method for measuring the deflection angle with reference to the timing chart of FIG. 先ず右側の光学ユニット3において、反射鏡6を周期Tで回転させると、タイミング検出回路27は周期TでタイミングパルスA1を出力する。 First, in the right side of the optical unit 3, to rotate the reflecting mirror 6 in period T, the timing detection circuit 27 outputs a timing pulse A1 at a period T. この時増幅回路28は受光素子21の受光時点に同期して検出パルスB1を出力する。 At this time amplifier circuit 28 outputs a detection pulse B1 in synchronism with the reception time of the light receiving element 21.
検出パルスB1は大ピークと続く小ピークを有する。 Detection pulse B1 having a small peak followed by a large peak. 大ピークは反射鏡6が光源光線に対して垂直に位置した状態で発生し、タイミングパルスA1と同期しているとともに、カーソル2からの再帰光線とは無関係である。 Large peak occurs in a state in which the reflector 6 is positioned perpendicular to the light source beam, with synchronized with the timing pulses A1, it is independent of the retroreflected rays from the cursor 2. 続く小ピークはカーソル2からの再帰光線が受光されたタイミングに同期しており、大ピークからt1時間後に発生したとすると、時間t1は求める角度データθ1に比例的に関係している。 Small peaks that follow is synchronized with the timing of the retroreflected rays of light is received from the cursor 2, when to have occurred from the large peak after t1 hours, is related proportionally to the angle data θ1 time t1 to be determined. 波形処理回路24はこれらタイミングパルスA1及び検出パルスB1を波形処理して、出力パルスC1を出力する。 Waveform processing circuit 24 performs waveform processing these timing pulses A1 and detection pulses B1, and outputs an output pulse C1.

【0027】又左側の光学ユニット4においても同様の動作が行なわれる。 [0027] The similar operation is performed on the left side of the optical unit 4. この場合において、反射鏡の回転周期及び位相は右側光学ユニットのそれに一致しており従って同一のタイミングパルスA2が得られる。 In this case, the rotation period and phase of the reflection mirror is therefore the same timing pulse A2 coincides with that of the right side optical unit is obtained. 又検出パルスB2は大ピークからt2時間後に小ピークが続き、 The detection pulse B2 continues small peak after time t2 from the large peaks,
この時点でカーソル2からの再帰光線が受光される。 Retroreflected rays from the cursor 2 at this time is received. これらタイミングパルスA2及び検出パルスB2に基いて出力パルスC2が得られ、隣り合う大小ピークの時間間隔t2は求める角度データθ2に比例的に関係している。 These timing pulses A2 and the output pulse C2 on the basis of the detection pulse B2 is obtained, the time interval t2 of the adjacent large and small peaks is related proportionally to the angle data θ2 seeking.

【0028】続いて第1の計数回路29は出力パルスC [0028] Following the first counting circuit 29 is output pulse C
1のパルス時間間隔t1を計数し、以下の数式12に基いて角度データθ1を得る。 Counting the first pulse time interval t1, obtain angle data θ1 based on the following equation 12.

【数12】 [Number 12] 又、第2の計数回路30は出力パルスC2のパルス時間間隔t2を計数し、以下の数式13に基いて角度データθ2を得る。 The second counting circuit 30 counts the pulse time interval t2 of the output pulse C2, to obtain the angle data θ2 based on the following equation 13.

【数13】 [Number 13]

【0029】 [0029]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、一対の光学ユニットと光反射型のカーソルを用いる光反射型2次元座標入力装置において、測定された一対の偏角データに基き予め最適化された座標計算式を用いて入力座標の検出を行なう様にしている。 As has been described above, according to the present invention, the light reflection type two-dimensional coordinate input device using a pair of optical unit and the light reflective cursor in advance based on the measured pair of argument data is and in the manner to detect the input coordinates using the optimized coordinate calculation formula. この座標計算式はシミュレーションにより個々の座標入力装置において座標検出結果の誤差をできる限り小さくする様に最適化されている。 It is optimized so as to minimize the error of the coordinate detection result in this coordinate calculation formula the individual coordinate input device by simulation. この為、従来の三角測量の原理に基く光学式座標入力装置に比べて著しく座標入力精度が向上するという効果がある。 Therefore, the effect of improving remarkably the coordinate input precision than the optical coordinate input apparatus based on the principle of a conventional triangulation. 又、従来の方式の様に、光源や反射鏡の位置精度を高くする必要が無いので複雑な調整作業を要せず部品コストも低く抑える事ができるという効果がある。 Also, as in the conventional system, since there is no need to increase the positional accuracy of the light source and the reflector there is an effect that can be suppressed without requiring a complicated adjustment work part cost is also low. さらに、定期的にシミュレーションを逐次行なう事により座標計算式を更新でき様々な変動要因に対してもメンテナンスが簡単に行なえるという効果がある。 Furthermore, there is an effect that maintenance is easily performed even for various variation factors can update the coordinate calculation formula by performing regular simulation sequentially. 最後に、一対の光学ユニット3及び4に対してその配置関係に何ら制限が無いので任意の2次元座標領域に対して自由に本座標入力装置をセッティングする事ができるという効果がある。 Finally, there is an effect that it is possible to setting freely the coordinate input device with respect to any two-dimensional coordinate space so no no limitation on the positional relationship between the pair of the optical unit 3 and 4.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明にかかる光学式2次元座標入力装置の基本的構成を示す模式的平面図である。 1 is a schematic plan view showing a basic configuration of an optical two-dimensional coordinate input device according to the present invention.

【図2】本発明にかかる光学式2次元座標入力装置の基本的な原理を説明する為の線図である。 2 is a diagram for explaining the basic principle of optical two-dimensional coordinate input device according to the present invention.

【図3】光学ユニットの構成例を示す模式図である。 3 is a schematic diagram showing a configuration example of the optical unit.

【図4】カーソルの一例を示す斜視図である。 4 is a perspective view showing an example of a cursor.

【図5】本発明にかかる光学式2次元座標入力装置の電気的構成例を示すブロック図である。 5 is a block diagram showing an electrical configuration example of an optical two-dimensional coordinate input device according to the present invention.

【図6】図5に示す回路の動作を説明する為の波形図である。 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the circuit shown in FIG.

【図7】従来の光学式2次元座標入力装置を示す模式図である。 7 is a schematic diagram showing a conventional optical two-dimensional coordinate input device.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 平面部材 2 カーソル 3 光学ユニット 4 光学ユニット 5 固定光源 6 反射鏡 8 計算部 9 設定部 15 固定光源 16 反射鏡 1 planar member 2 cursor 3 optical unit 4 optical unit 5 fixed light source 6 reflecting mirror 8 calculator 9 setting unit 15 fixed light source 16 reflector

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】 (57) [the claims]
  1. 【請求項1】 2次元座標面を規定する平面部材と、入力座標を指定する為に2次元座標面上を移動可能に載置されているとともに2次元座標面に平行な走査光線を再帰的に反射する機能を備えたカーソルと、2次元座標面上において互いに離間して配置された一対の固定光源を含んでおり各光源光線を角的に走査して2本の交差する走査光線を生成するとともに各再帰光線を受光する事により各光源光線を基準とした対応する再帰光線の偏角を測定する為の一対の光学ユニットと、一対の偏角の測定値に基き所定のパラメータを含む座標計算式を用いて入力座標の2次元座標値を計算する為の計算部と、シミュレーションにより予め座標計算式の最適化を行う為の設定部とからなる光学式2次元座標入力装置であって、 前記一対の光学ユニッ 1. A and planar member defining a two-dimensional coordinate plane, recursive parallel scanning beam in a two-dimensional coordinate plane with rests movably on a two-dimensional coordinate plane for specifying an input coordinate generating a cursor having a function of reflecting the angular scans to two intersecting the scanning beam a respective light source beam includes a pair of fixed light sources which are spaced from each other on the two-dimensional coordinate plane coordinates along with a pair of optical units for measuring the deflection angle of the corresponding retroreflected rays relative to the respective light sources light by receiving the retroreflected rays of light, the predetermined parameters based on measurements of a pair of deflection angle for a calculator for calculating the 2-dimensional coordinate values of the input coordinates using a formula, a pre-coordinates calculation formula of the optimization setting unit and an optical two-dimensional coordinate input device consisting for performing the simulation, the pair of optical units トは、該入力座標の2次元座標値 TMG, 2-dimensional coordinate values of the input coordinates
    の精度に影響を及ぼす光学的又は機械的な誤差要因を含 Optical or including a mechanical error factors affect the accuracy of
    んでおり、 前記設定部は、該誤差要因を吸収し又は打ち消す様に該 Nde and the setting unit absorbs said error factors or cancel as the
    パラメータを設定して該座標計算式の最適化を行なうこ This to set the parameters to optimize the said coordinate calculation formula
    とを特徴とする光学式2次元座標入力装置。 DOO optical two-dimensional coordinate input device according to claim.
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