JP3290530B2 - 移動体の位置検出装置 - Google Patents
移動体の位置検出装置Info
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- JP3290530B2 JP3290530B2 JP35107693A JP35107693A JP3290530B2 JP 3290530 B2 JP3290530 B2 JP 3290530B2 JP 35107693 A JP35107693 A JP 35107693A JP 35107693 A JP35107693 A JP 35107693A JP 3290530 B2 JP3290530 B2 JP 3290530B2
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- moving body
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体に光を出力し移
動体からの反射光を受光して、出力光と反射光との光強
度の位相差に基づいて、移動体の位置を算出する移動体
の位置検出装置に関する。
動体からの反射光を受光して、出力光と反射光との光強
度の位相差に基づいて、移動体の位置を算出する移動体
の位置検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の移動体の位置検出装置の一例とし
て、コンピュータにおけるマウス、ライトペン、タブレ
ット式のペン入力装置などが知られている。これらの入
力装置では、移動体としてのマウス、ライトペンの移動
量をディスプレイ上の表示点(カーソルなど)の移動量
に変換してその軌跡により図形などを入力するようにな
っている。
て、コンピュータにおけるマウス、ライトペン、タブレ
ット式のペン入力装置などが知られている。これらの入
力装置では、移動体としてのマウス、ライトペンの移動
量をディスプレイ上の表示点(カーソルなど)の移動量
に変換してその軌跡により図形などを入力するようにな
っている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにマウス、ライトペン、タブレット式のペン入力装
置ではマウスなどの位置情報を伝達するために、マウス
などの移動体自身にコンピュータから引き延ばされたケ
ーブルを接続しなくてはならない。このため手書き入力
の操作時にこのケーブルが邪魔になるという問題があ
る。
ようにマウス、ライトペン、タブレット式のペン入力装
置ではマウスなどの位置情報を伝達するために、マウス
などの移動体自身にコンピュータから引き延ばされたケ
ーブルを接続しなくてはならない。このため手書き入力
の操作時にこのケーブルが邪魔になるという問題があ
る。
【0004】本発明は、移動体にケーブルなどを設ける
ことなく、光学的手段によって移動体の位置を検出する
ことができる移動体の位置検出装置を提供することを目
的とするものである。
ことなく、光学的手段によって移動体の位置を検出する
ことができる移動体の位置検出装置を提供することを目
的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明による移動体の位
置検出装置は、光反射部を有する移動体と、強度変調し
た光を前記移動体の移動領域に向けて出力する照光体
と、前記照光体から出力される光の強度を所定の周波数
で変化させて前記光を強度変調させる手段と、前記移動
体から反射された光を受光する一対の受光体と、前記照
光体からの出力光と各受光体での受光出力との変調強度
の位相差を各受光体毎に求め、各受光体毎の前記位相差
から移動体の位置を算出する手段とを有し、前記照光体
は、前記一対の受光体の中央に1つ設けられて、前記照
光体と一方の前記受光体との距離と、前記照光体と他方
の受光体との距離が同じであり、前記算出する手段で
は、前記位相差に基づいて、照光体から移動体を経て一
方の受光体に至る光路長と、照光体から移動体を経て他
方の受光体に至る光路長とを算出し、前記両光路長か
ら、前記移動体の位置を算出することを特徴とするもの
である。
置検出装置は、光反射部を有する移動体と、強度変調し
た光を前記移動体の移動領域に向けて出力する照光体
と、前記照光体から出力される光の強度を所定の周波数
で変化させて前記光を強度変調させる手段と、前記移動
体から反射された光を受光する一対の受光体と、前記照
光体からの出力光と各受光体での受光出力との変調強度
の位相差を各受光体毎に求め、各受光体毎の前記位相差
から移動体の位置を算出する手段とを有し、前記照光体
は、前記一対の受光体の中央に1つ設けられて、前記照
光体と一方の前記受光体との距離と、前記照光体と他方
の受光体との距離が同じであり、前記算出する手段で
は、前記位相差に基づいて、照光体から移動体を経て一
方の受光体に至る光路長と、照光体から移動体を経て他
方の受光体に至る光路長とを算出し、前記両光路長か
ら、前記移動体の位置を算出することを特徴とするもの
である。
【0006】上記において、それぞれの受光体に至る光
路長から、照光体と一方の受光体とを焦点とする楕円軌
跡、及び照光体と他方の受光体とを焦点とする楕円軌跡
の式を求め、2つの楕円軌跡の交点を移動体の位置とす
るか、または、照光体と一方の受光体との距離を1辺と
し、前記移動体を経て前記一方の受光体に至る光路長を
残りの2辺の合計長さとする三角形、及び照光体と他方
の受光体との距離を1辺とし、前記移動体を経て前記他
方の受光体に至る光路長を残りの2辺の合計長さとする
三角形を求め、2つの三角形において共通となる頂点を
移動体の位置とすることができる。
路長から、照光体と一方の受光体とを焦点とする楕円軌
跡、及び照光体と他方の受光体とを焦点とする楕円軌跡
の式を求め、2つの楕円軌跡の交点を移動体の位置とす
るか、または、照光体と一方の受光体との距離を1辺と
し、前記移動体を経て前記一方の受光体に至る光路長を
残りの2辺の合計長さとする三角形、及び照光体と他方
の受光体との距離を1辺とし、前記移動体を経て前記他
方の受光体に至る光路長を残りの2辺の合計長さとする
三角形を求め、2つの三角形において共通となる頂点を
移動体の位置とすることができる。
【0007】
【作用】上記手段では、光反射機能を有する移動体が例
えばコンピュータへの位置入力手段などとして用いられ
る。照光体からの出力光が移動体に至ると、この移動体
により反射され、その反射光が複数の受光体に受光され
る。この受光体からの受光出力により移動体の位置を算
出できる。
えばコンピュータへの位置入力手段などとして用いられ
る。照光体からの出力光が移動体に至ると、この移動体
により反射され、その反射光が複数の受光体に受光され
る。この受光体からの受光出力により移動体の位置を算
出できる。
【0008】移動体の位置の算出の一例としては、照光
体から発せられる光の強度変調信号と受光体の受光出力
信号との位相差を求め、この位相差から、照光体から移
動体を経て各受光体に至る光路長を求め、複数の光路長
から移動体の絶対位置を求めることが可能である。
体から発せられる光の強度変調信号と受光体の受光出力
信号との位相差を求め、この位相差から、照光体から移
動体を経て各受光体に至る光路長を求め、複数の光路長
から移動体の絶対位置を求めることが可能である。
【0009】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図1は本発明の移動体の位置検出装置を、コンピュ
ータのペン型入力装置に適用した実施例を示す斜視図、
図2は図1の入力装置の構成を示すブロック図、図3は
移動体の位置を検出する原理を説明する説明図であり、
(A)は各部材の位置関係を示す平面図、(B)は出力
光と反射光との位相差との関係を示す線図である。図1
に符号1で示すものは移動体としてのペンである。この
ペン1の先端部1aは鏡面に研磨された球形に形成さ
れ、この先端部1aにて光を反射できるようになってい
る。
る。図1は本発明の移動体の位置検出装置を、コンピュ
ータのペン型入力装置に適用した実施例を示す斜視図、
図2は図1の入力装置の構成を示すブロック図、図3は
移動体の位置を検出する原理を説明する説明図であり、
(A)は各部材の位置関係を示す平面図、(B)は出力
光と反射光との位相差との関係を示す線図である。図1
に符号1で示すものは移動体としてのペンである。この
ペン1の先端部1aは鏡面に研磨された球形に形成さ
れ、この先端部1aにて光を反射できるようになってい
る。
【0010】符号2は入力部であり、ディスプレイ13
を有するコンピュータ本体7の前方に設置される。入力
部2は、光学部3と指示盤4とから構成されている。光
学部3の中央には照光体5が配置され、この照光体5か
らは、光強度変調された赤外光が出力される。この出力
光は指向性がなく、指示盤4に向けて所定の拡散角度を
有して照射される。光学部3の両端には受光体6a,6
bが配置され、ペン1の先端部1aにて反射された反射
光が受光体6a,6bにより受光される。この入力装置
では、ペン1の入力範囲(移動範囲)が、出力光の照射
領域A内に有ることが必要である。そのため指示盤4と
光学部3とがある程度の距離だけ離れていることが好ま
しい。図1の例では、指示盤4と光学部3とが接続シー
ト4aにより距離が与えられて接続されている。ただし
指示盤4は光学部3と別体であってもよいし、あるいは
光学部3が平面上のテーブル表面に設置される場合に
は、指示盤4を設ける必要はなく、ペン1をテーブル表
面に沿って移動させることもできる。
を有するコンピュータ本体7の前方に設置される。入力
部2は、光学部3と指示盤4とから構成されている。光
学部3の中央には照光体5が配置され、この照光体5か
らは、光強度変調された赤外光が出力される。この出力
光は指向性がなく、指示盤4に向けて所定の拡散角度を
有して照射される。光学部3の両端には受光体6a,6
bが配置され、ペン1の先端部1aにて反射された反射
光が受光体6a,6bにより受光される。この入力装置
では、ペン1の入力範囲(移動範囲)が、出力光の照射
領域A内に有ることが必要である。そのため指示盤4と
光学部3とがある程度の距離だけ離れていることが好ま
しい。図1の例では、指示盤4と光学部3とが接続シー
ト4aにより距離が与えられて接続されている。ただし
指示盤4は光学部3と別体であってもよいし、あるいは
光学部3が平面上のテーブル表面に設置される場合に
は、指示盤4を設ける必要はなく、ペン1をテーブル表
面に沿って移動させることもできる。
【0011】図2に示すように、この入力装置には、照
光体5の発光強度を変調制御する照光制御部8と、受光
体6a,6bからの受光出力を検出する受光検出部9
と、出力光の変調強度と受光出力の強度との位相差を検
出する位相差検出部10が設けられる。さらに位相差検
出部10による検出結果からペン1の先端部1aの位置
を算出する演算部11とが設けられる。図2に示す各回
路部のうち、例えば照光制御部8、受光検出部9および
位相差検出部10は、光学部3の内部に内蔵されてい
る。また演算部11は、コンピュータ本体7内のCPU
であり、ソフトウエアにより演算が実行される。
光体5の発光強度を変調制御する照光制御部8と、受光
体6a,6bからの受光出力を検出する受光検出部9
と、出力光の変調強度と受光出力の強度との位相差を検
出する位相差検出部10が設けられる。さらに位相差検
出部10による検出結果からペン1の先端部1aの位置
を算出する演算部11とが設けられる。図2に示す各回
路部のうち、例えば照光制御部8、受光検出部9および
位相差検出部10は、光学部3の内部に内蔵されてい
る。また演算部11は、コンピュータ本体7内のCPU
であり、ソフトウエアにより演算が実行される。
【0012】次に上記入力装置の動作について説明す
る。照光体5は、赤外線発光ダイオードなどである。照
光制御部8では所定の周波数「f0」による変調信号が
形成され、照光体5からの出力光の光強度は、前記変調
信号に基づいて変化する。変調されて出力される赤外光
は、指示盤4上に向けて照射され、ペン1の先端部1a
により反射されて、その反射光が各受光体6aと6bに
より受光される。受光体6aと6bはフォトダイオード
などの光電変換器であり、受光された光強度に比例した
電流が得られる。受光検出部9では、前記電流が電圧に
変換され、その電圧が位相差検出部10に与えられる。
前記照光制御部8からは照光体5へ与えられる変調信号
が電圧として位相差検出部10に与えられ、位相差検出
部10では、両電圧の比較により各受光体6a,6bに
より受光された光強度と、照光体5からの出力光の変調
強度との位相差が求められる。この位相差に基づく信号
はデジタル変換されて、演算部11に与えられ、ペン1
の先端部1aの絶対位置が算出される。
る。照光体5は、赤外線発光ダイオードなどである。照
光制御部8では所定の周波数「f0」による変調信号が
形成され、照光体5からの出力光の光強度は、前記変調
信号に基づいて変化する。変調されて出力される赤外光
は、指示盤4上に向けて照射され、ペン1の先端部1a
により反射されて、その反射光が各受光体6aと6bに
より受光される。受光体6aと6bはフォトダイオード
などの光電変換器であり、受光された光強度に比例した
電流が得られる。受光検出部9では、前記電流が電圧に
変換され、その電圧が位相差検出部10に与えられる。
前記照光制御部8からは照光体5へ与えられる変調信号
が電圧として位相差検出部10に与えられ、位相差検出
部10では、両電圧の比較により各受光体6a,6bに
より受光された光強度と、照光体5からの出力光の変調
強度との位相差が求められる。この位相差に基づく信号
はデジタル変換されて、演算部11に与えられ、ペン1
の先端部1aの絶対位置が算出される。
【0013】図3(A)では、照光体5の中心から両受
光体6a,6bの中心までの距離を共にL、照光体5か
らある時点でのペン1の先端部1aまでの直線距離をL
0、ペン1の先端部1aから各受光体6aと6bまでの
直線距離をL1とL2で表わしている。図3(B)は、照
光体5から出力された赤外光がペン1の先端部1aによ
り反射され、受光体6aにより受光されるまでの光路長
(L0+L1)における光強度の変化を示している。照光
体5から出力される赤外光の光強度は所定の周波数「f
0」にて変化しているが、図3(B)では、照光体5か
ら照射される赤外光の強度が、その強度振幅の中点とな
った瞬間を示している。
光体6a,6bの中心までの距離を共にL、照光体5か
らある時点でのペン1の先端部1aまでの直線距離をL
0、ペン1の先端部1aから各受光体6aと6bまでの
直線距離をL1とL2で表わしている。図3(B)は、照
光体5から出力された赤外光がペン1の先端部1aによ
り反射され、受光体6aにより受光されるまでの光路長
(L0+L1)における光強度の変化を示している。照光
体5から出力される赤外光の光強度は所定の周波数「f
0」にて変化しているが、図3(B)では、照光体5か
ら照射される赤外光の強度が、その強度振幅の中点とな
った瞬間を示している。
【0014】受光体6aにより受光された赤外光の光強
度と、照光体5からの出力光の強度の位相差を「φ
1」、光速を「c」とすると、
度と、照光体5からの出力光の強度の位相差を「φ
1」、光速を「c」とすると、
【数1】φ1=2π・(L0+L1)・f0/c で表わされる。
【0015】また受光体6bで受光された赤外光の光強
度と、照光体5からの出力光の強度との位相差φ2は、
度と、照光体5からの出力光の強度との位相差φ2は、
【数2】φ2=2π・(L0+L2)・f0/c で表わされる。
【0016】各位相差φ1とφ2の次元は「ラジアン」
である。前述のように、位相差検出部10では、受光検
出部9から得られた各受光体6aと6bの受光出力電圧
と、照光制御部8での光強度変調電圧との差が求められ
ることになるが、この電圧差と、光強度変調電圧の振幅
とから前記位相差φ1とφ2が検出されることになる。位
相差φ1とφ2に基づく信号はデジタル変換されて演算部
11に与えられる。
である。前述のように、位相差検出部10では、受光検
出部9から得られた各受光体6aと6bの受光出力電圧
と、照光制御部8での光強度変調電圧との差が求められ
ることになるが、この電圧差と、光強度変調電圧の振幅
とから前記位相差φ1とφ2が検出されることになる。位
相差φ1とφ2に基づく信号はデジタル変換されて演算部
11に与えられる。
【0017】演算部11での演算処理の一例を説明す
る。ある時点での位相差φ1が得られたとき、照光体5
からペン1の先端部1aを経て受光体6aに至る光路長
は(L0+L1)である。この光路長が得られたときのペ
ン1の先端部1aは、照光体5の中心と受光体6aの中
心を焦点とする楕円軌跡P1上に位置している。よっ
て、位相差φ1の情報に基づき、照光体5と受光体6a
の位置を焦点とする楕円軌跡P1の方程式を求めること
ができる。同様に位相差φ2の情報が得られたとき、ペ
ン1の先端部1aは照光体5と受光体6bの位置を焦点
とする楕円軌跡P2の上に位置していることになる。よ
って位相差φ2の情報により楕円軌跡P2の方程式を求め
ることができる。両方程式から楕円軌跡P1とP2の交点
を求めれば、それがある時点でのペン1の先端部1aの
座標位置となる。
る。ある時点での位相差φ1が得られたとき、照光体5
からペン1の先端部1aを経て受光体6aに至る光路長
は(L0+L1)である。この光路長が得られたときのペ
ン1の先端部1aは、照光体5の中心と受光体6aの中
心を焦点とする楕円軌跡P1上に位置している。よっ
て、位相差φ1の情報に基づき、照光体5と受光体6a
の位置を焦点とする楕円軌跡P1の方程式を求めること
ができる。同様に位相差φ2の情報が得られたとき、ペ
ン1の先端部1aは照光体5と受光体6bの位置を焦点
とする楕円軌跡P2の上に位置していることになる。よ
って位相差φ2の情報により楕円軌跡P2の方程式を求め
ることができる。両方程式から楕円軌跡P1とP2の交点
を求めれば、それがある時点でのペン1の先端部1aの
座標位置となる。
【0018】また、他の演算方法としては、位相差φ1
の情報から(L0+L1)の情報が得られ、また照光体
5と受光体6aとの距離Lが決められているのであるか
ら、(L+L0+L1)を求めることができる。これによ
り照光体5と受光体6aとペン1の先端部1aを頂点と
する三角形が決められる。同様に位相差φ2の情報と距
離Lとから(L+L0+L2)を得られ、照光体5と受光
体6bとペン1の先端部1aを頂点とする三角形が求め
られる。(L+L0+L1)が所定値となる三角形と、
(L+L0+L2)とが所定値となる三角形どうしにおい
て、頂点が共通になる三角形を決めれば、ペン1の先端
部1aの位置を算出することが可能である。
の情報から(L0+L1)の情報が得られ、また照光体
5と受光体6aとの距離Lが決められているのであるか
ら、(L+L0+L1)を求めることができる。これによ
り照光体5と受光体6aとペン1の先端部1aを頂点と
する三角形が決められる。同様に位相差φ2の情報と距
離Lとから(L+L0+L2)を得られ、照光体5と受光
体6bとペン1の先端部1aを頂点とする三角形が求め
られる。(L+L0+L1)が所定値となる三角形と、
(L+L0+L2)とが所定値となる三角形どうしにおい
て、頂点が共通になる三角形を決めれば、ペン1の先端
部1aの位置を算出することが可能である。
【0019】
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、移動体には単に反射機
能を持たせればよく、移動体にケーブルを接続する必要
がない。したがって移動体の移動操作が容易になる。ま
た移動体の移動操作により座標入力などが可能になる。
能を持たせればよく、移動体にケーブルを接続する必要
がない。したがって移動体の移動操作が容易になる。ま
た移動体の移動操作により座標入力などが可能になる。
【図1】本発明の移動体の位置検出装置をコンピュータ
のペン型入力装置として適用した実施例を示す斜視図、
のペン型入力装置として適用した実施例を示す斜視図、
【図2】図1に示したペン型手入力装置の構成ブロック
図、
図、
【図3】移動体(ペン)の位置検出動作の説明図であ
り、(A)は各部材の配置を示す平面図、(B)は出力
光の光路長と光強度との関係を示す線図、
り、(A)は各部材の配置を示す平面図、(B)は出力
光の光路長と光強度との関係を示す線図、
1 ペン 1a 先端部 2 入力部 3 光学部 4 指示盤 5 照光体 6a,6b 受光体 7 コンピュータ本体 8 照光制御部 9 受光検出部 10 位相差検出部 11 演算部 13 ディスプレイ 14a,14b 光学部材
Claims (3)
- 【請求項1】 光反射部を有する移動体と、強度変調し
た光を前記移動体の移動領域に向けて出力する照光体
と、前記照光体から出力される光の強度を所定の周波数
で変化させて前記光を強度変調させる手段と、前記移動
体から反射された光を受光する一対の受光体と、前記照
光体からの出力光と各受光体での受光出力との変調強度
の位相差を各受光体毎に求め、各受光体毎の前記位相差
から移動体の位置を算出する手段とを有し、 前記照光体は、前記一対の受光体の中央に1つ設けられ
て、前記照光体と一方の前記受光体との距離と、前記照
光体と他方の受光体との距離が同じであり、前記算出す
る手段では、前記位相差に基づいて、照光体から移動体
を経て一方の受光体に至る光路長と、照光体から移動体
を経て他方の受光体に至る光路長とを算出し、前記両光
路長から、前記移動体の位置を算出することを特徴とす
る移動体の位置検出装置。 - 【請求項2】 それぞれの受光体に至る光路長から、照
光体と一方の受光体とを焦点とする楕円軌跡、及び照光
体と他方の受光体とを焦点とする楕円軌跡の式を求め、
2つの楕円軌跡の交点を移動体の位置とする請求項1記
載の移動体の位置検出装置。 - 【請求項3】 照光体と一方の受光体との距離を1辺と
し、前記移動体を経て前記一方の受光体に至る光路長を
残りの2辺の合計長さとする三角形、及び照光体と他方
の受光体との距離を1辺とし、前記移動体を経て前記他
方の受光体に至る光路長を残りの2辺の合計長さとする
三角形を求め、2つの三角形において共通となる頂点を
移動体の位置とする請求項1記載の移動体の位置検出装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35107693A JP3290530B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 移動体の位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35107693A JP3290530B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 移動体の位置検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07200143A JPH07200143A (ja) | 1995-08-04 |
| JP3290530B2 true JP3290530B2 (ja) | 2002-06-10 |
Family
ID=18414884
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35107693A Expired - Fee Related JP3290530B2 (ja) | 1993-12-28 | 1993-12-28 | 移動体の位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3290530B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012063387A1 (ja) * | 2010-11-10 | 2012-05-18 | パナソニック株式会社 | 非接触ポジションセンシング装置及び非接触ポジションセンシング方法 |
| JP5672031B2 (ja) * | 2011-02-01 | 2015-02-18 | セイコーエプソン株式会社 | 光学式検出装置、電子機器及び投射型表示装置 |
| JP2012160041A (ja) * | 2011-02-01 | 2012-08-23 | Seiko Epson Corp | 照射ユニット、光学式検出装置及び情報処理システム |
| KR102832551B1 (ko) * | 2016-07-21 | 2025-07-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 솔레노이드 위치 센서 |
-
1993
- 1993-12-28 JP JP35107693A patent/JP3290530B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07200143A (ja) | 1995-08-04 |
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