JPH02300816A - 座標指示装置及び位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、コンピュータ、ワードプロッサなどの表示画
面の内容または特定の座標を指示する座標指示装置及び
位置検出装置に関するものである。

従来の技術 ］ンビ、−夕などの表示画面」−の特定の場所を指示す
る装置としてはマウスと呼ばれる座標指示器が最も知ら
れている。第９図（ａ）に示すように、表示画面９０４
上に例えば矢印などの図形を表示することで画面」二の
特定の位置を示す表示器９０３と、水平面を移動させて
、その移動量を検出する座標指示器９０１より得て、先
の表示器９０３への座標入力値を算出する座標演算器９
０２よりなる装置である。

使用時は、座標指示器９０１を表示画面一１−の指示点
（例えば、矢印）を見ながら動かすことで表示画面上の
特定の位置を指示するものである。この時画面」二の座
標データは、第９図（ａ）の表示器９０３への入力値と
して得られるものである。実際の構成要件からすると、
前記表示画面９０４、表示器９０３はコンピュータなど
の表示系に共通のものである。また、座標演算器９０２
は１　座標指示器９０１よりの変位値を表示座標値に加
えるプログラムで構成される。このため通常マウスは前
記座標指示器９０１を指した名称として用いられる。

次に座標指示器９０１の代表的構成を、第９図（ｂ）に
示す。座標指示器９０１は水平面上の移動量を検出する
ゴムボール９０５と水平面に対するＸ、Ｙ方向の移動成
分を伝える伝達器９０８．９０９と伝達器の回転数をパ
ルス数に変換するｚｆルス発生器９０（３，９０７より
なっている。これにより、座標指示器８０１を移動させ
たときの移動爪はパルス数として座標指示器９０１より
出力される。前記座標演算器９０２は、この場合座標指
示器９０１のＸ、Ｙ方向への移動により得られるパルス
数を画面上の座標値に加減する操作を行い、表示器９０
３、表示画面９０４により移動した座標点を示すことで
座標指示装置は動作する。

発明が解決しようとする課題 マウスをはじめとする従来の座標指示装置の多くは、な
んらかの器具を水平面上を移動させてこの移動爪と表示
画面上の点を一致させることで成立している。このため
、使用時には必ず机の上などの水平面を確保できる場所
での使用に限られていた。

一方、コンビ、−夕などの表示画面の利用は、コンピュ
ータの応用分野のひろがりともに机上の作業に限るもの
でなくなりつつある。例えば、コンビ、−夕画面を用い
るプレゼンテーシ「ンの場合、さきに述べたような机上
でマウスを用いることは至って不自然であり、操作者が
指示棒で示すようにして座標指示装置を用いることが必
要になる。この場合、机」−などの水平面」二での使用
に限定されると先の要求は実現されない。

課題を解決するための手段 本発明は、従来の座標指示装置に代えて放射指向性の主
軸方向を異ならした少なくとも３個の発光素子を設置し
た指示部と、前記各発光素子よりの光を受け各発光素子
よりの先爪を計測する受光器とこの受光器より得られる
各発光素子よりの放射先爪を比較することで指示部の角
度位置を算出する角度位置算出器とを有する受光部と、
前記受光部より前記指示部の角度位置変化量を入力して
表示画面りの指示点情報を更新する表示部とを備えたこ
とを特徴とする。

又、本発明の位置検出装置は、少なくとも２個の放射主
軸方向を異ならせて設置した発光素子にそれぞれ異なる
変調信号を加えて検出光用を作る手段と、前記検出光項
中に設置された受光素子より得られる信号から前記変調
信号にもとずき前記発光素子ごとの信号を検出する検出
手段と、前記検出した信号間の演算から検出光項中の発
光素子と受光素子の相対的角度位置関係を算出する計算
手段とを備えたことを特徴とする。

作　　　用 本発明の上記構成によると、表示画面上に表示された指
示点を指示部を用いて指１７示し、その指示部の角度位
置の変化にもとづき更新される表示画面上の指示点を目
的座標に導くことにＪ：って座標入力することができる
。

従って、指示棒等を用いて座標指示するように指示部を
１−下左右させて座標入力することが可能な座標指示装
置が得られる。

実施例 本発明は二つの物体の相対的角度位置の変化を検出する
位置検出装置と、その座標指示装置への応用に関するも
のである。そこで、本発明の一実施例における座標指示
装置の説明に先立ち、相対的角度位置検出手段の説明を
行う。

第２図は本手段の原理説明のための図である。

第２図（ａ）、（ｂ）は、放射主軸を異ならせて設置し
た２個の発光素子Ａ２Ｑ１と発光素子Ｂ２Ｏ２の作る光
強度の分布の様子とこの中に置かれた受光素子２０５と
の関係を示している。第２図（ａ）は、受光素子２０５
が二つの放射主軸２０３．２０４の中間に位置した場合
、同図（ｈ）は、発光素子Ｂの放射主軸２０４に近づい
た場合を示している。また楕円は、同じ放射輝度かえら
れる点を示し、これより楕円の内側は強く、外は弱くな
る。

受光点が二つの放射主軸の中間に週間に位置する場合は
）各発光素子２０１．２Ｏ２からの光が同じ強さになる
ことは、第２図（ａ）より明らかである。また、相対傾
きがある場合、たとえば第２図（１））のような場合は
、発光素子Ｂ　２０２からの光が発光素子Ａ２０１の光
に比して強くなることは、等放射輝度点に対する受光素
子２０５の角度位置から明らかである。

これより、 （相対傾き角度）（発光素子Ａよりの光の強さ）−（発
光素子Ｂよりの光の強さ） となることがわかる。即ち、受光点における発光素子Ａ
、　　Ｂからの光の強さを計測し、計測した各光の強さ
から相対傾き角度を算出するのが第一原理となる。

つぎに、実施に当たっては受光点でどの発光素子よりの
光がどの強さになっているのか栃弁別判定する必要があ
る。このためには、各発光素子を弁別するだめの構造を
各素子に付加する必要がある。その方法は、例えば各発
光素子の発光波長（色）を変える。各発光素子の光を異
なる周波数で変調する。各発光素子の光を異なる位相で
変調するなどの種々の方法が可能である。ここでは１　
異なる位相で変調する場合について実施例を示しその原
理を説明する。

発光素子へを（１”５ｆｎ（ｖｔ））で変調し、発光素
子Ｂを（１＋５ｌｎ（ｖｔ＋π））で変調する。また各
発光素子の放射特性をＩ（ｒ、θ）とすると、受光点で
の光の強さはＥは、 Ｅ　：　　Ｉ（ｒａ、θａ）（１＋ｓｌｎ（ｗｔ））＋
　　［（ｒｂ、　θ　ｂ）（１＋ｓＬｎ（ｗｔ＋ｒ　　
））＝　（［（ｒａ、θａ）＋　　Ｉ（ｒｂ、θｂ））
＋　　（［（ｒａ、θａ）−１（ｒｂ、θｂ））ｓｌｎ
（ｖｔ）但し、ｒ’ａ、　ｒｂは発光素子Ａ、Ｂと受光
点との距離、θａ、θｂは発光素子Ａ、Ｈの放射主軸と
発光素子と受光点を結ぶ線のなす角となる。さらに、二
つの発光素子間の距離が、発光素子と受光素子間の距離
に比して十分小さいとすると、ｒａ＝ｒｂ：Ｐに近似さ
れ、 Ｅ　：　（Ｉｒ（θａ）　＋　Ｉｒ（θｂ））＋　（Ｉ
ｒ（θａ）−１ｒ（θｂ））ｓｉｎ（ｗｔ）（但し、Ｉ
ｒは発光素子と受光点との距離ｒにおける放射輝度） さらに、θａ１　　θｂを二つの放射主軸のなす角（２
×００）と、放射主軸間の中央線き、受光点と発光素子
のなす角（θ）であられずと、 Ｅ　＝　（Ｉｒ（θ０−θ）　＋　Ｉｒ（（１７ｏ十〇
））＋　（Ｉｒ（θ０−θ）−１ｒ（θ０＋θ））ｓｉ
ｎ（ｗｔ）となる。第２項のキャリア部を見ると、その
大きさは、二つの発光素子からの光の強度の差となって
いる。それゆえ、受光素子Ｊ：り得られる信号を角周？
ｌｌ数Ｗで検波し得られる信号は、発光素子と受光素子
の相対傾きθの関数となり、これより相対傾きに比例し
た値を得ることができる。但し、信号値は、距離等を含
む関数であるため実施に当たっては先の距離についての
規格化を必要とし、また規格化による検出信号に含まれ
る誤差成分については発光素子の放射特性で補う必要が
ある。次にこの点を示す。

第３図は、発光素子の代表的な放射特性とこれより得ら
れる受光素子の出力信号を示している。

同図に示すように、両発光素子の強度を加算した総合特
性は、角度に対して平坦な特性ではない。

このために総合特性で規格化すると同図の差信号のよう
に単調増加関数とならない場合が考えられる。これが前
述の誤差成分である。この問題に対応しては、予め放射
特性を光学的に調整して規格化した後使用範囲で単調増
加関数状の特性を得るようにして、解決する。それ故正
確な相対角度を得るためには、先の特性関数を参照しな
がら得られた受光素子出力を角度に変換する必要がある
。

しかし、本発明においては表示画面上の矢印等の指示座
標点を確認して操作するフィードハ゛フケ系にこの角度
検出を利用するので正確な角度を得る必要はない。

以上は簡単のために１次元上の角度検出について説明を
した。しかし、本発明の目的である平面上の座標点の指
示には２次元でこれを行う必要がある。つぎに前記手段
を二次元に拡張した場合の実施原理を説明する。

第４図は、第２図の原理を３個の発光素子を用いて平面
」二の方向を求める角度検出に適用した場合の構成図で
ある。発光素子Ａ４０１．発光素子Ｂ４Ｏ２、発光素子
Ｃ４０３は、各々の放射主軸４０５を互いに１２０度異
むらせて配置される。前述と同じく位相変調を加えるこ
とでそれぞれを識別するようにした実施手段を考える。

このため各発光素子は１２０度づつ位相を違えた３信号
で変調する。このようにして作られる空間中におかれた
受光素子４０９の受光点４０８での光の強さＥは、 １ｉ：　：　Ｉ（ｒａ、θａ）（１＋ｓｌｎ（ｗｔ））
＋　Ｉ（ｒｂ、θｂ）（１＋ｓｌｎ（ｗｔ＋π／３））
＋　Ｉ（ｒｅ、θｃ）（１＋５ｌｎ（ｖｔ＋２ｙｒ　／
３））＝　（１（ｒａ、θａ）＋Ｉ（ｒｂ＋θｂ）＋Ｉ
（ｒｅ、θｃ））”（１（ｒａ、θａ）−（［（ｒｂ、
θｂ）＋Ｉ（ｒｅ、θｅ））／２）ｅ　（ｓｉｎ（ｗｔ
））＋（２／３）（（１（ｒｂ、θｂ）−ｌ　（ｒｅ　
、θｃ）Ｈｃｏｓ（ｖｔ））＝（Ｉｒ（Ｏａ）＋Ｉｒ（
θｂ）＋Ｉｒ（θｃ））＋（ｌｒ（θａ）−（Ｉｒ（θ
ｂ）＋ｌｒ（θｃ））／２）（ｓｉｎ（ｖｔ））”（２
／３）（（Ｉｒ（θｂ）−１ｒ（θｃ））（ｃｏｓ（ｗ
ｔ））：＝　　（Ｉｒ（θａ）＋ｌｒ（θｂ）＋Ｉｒ（
θＣ））＋（Ｉｒ（θａ）−（［ｒ（θｂ）＋ｌｒ（θ
ｅ））／２）（ｓｉｎ（ｗｔ））”（２／３）（（ｌｒ
（θｂ）−１ｒ（θｅ））（ｃｏｓ（ｗｔ、））となる
。ここで、上式の第２項及び第３項は各発光素子からの
光の強さを発光素千人の各放射主軸の中央線に対する方
向を基準として、前記基準方向とその直交方向への光の
強さの傾きを示してＬＳる。

従って、受光素子の出力を直交検波すれば傾きの量の垂
直水平成分に比例１．た角度ベクトル４０Ｇが得られる
。

このようにして得られる２次元上の角度位置の値を持っ
て座標指示装置を構成することができる。

次に、上記実施手段の原理に基づいて構成した座標指示
装置の例を第１図及び第５図〜第８図に示す。

第１図は本実施例の構成を示す。座標指示は、発光素子
４０１，４０２，４０３をもつ座標指示部１０ｍを表示
部１０３の表示画面上の座標点に向け、目的座標方向に
動かすことで行う。座標指示部の動きは表示部の近辺に
設置された受光部１０２の受光素子４０９で前記発光素
子よりの光強度の変化として検出される。

受光部＋０２では検出した光強度の変化から前述の原理
に基づいて座標指示部ｔｏｉの角度変化を得て、これを
表示部１０３に送る。表示部１０３では、前記角度変化
を表示部１０３の座標変化として表示座標値を更新して
新たな表示座標に移す。表示された座標が目的座標に達
した点で座標指示は終了し、目的座標入力が完了する。

次に、各部の詳細を示す。第５図は座標指示部１０１の
構成の例、第７図は前記座標指示部＋０１を用いた場合
の受光部１０２の構成の例、第８図は受光部１０２によ
って検出された傾きの値に基づいて表示画面上の座標を
示す印を移動させる表示部１０３の構成の例である。

以下順に説明する。

第５図の座標指示部１０１では、動作開始指示信りに従
って周期的に基準発信器を動作させる基本発振器５００
を起動する。基本発振器５００の発振周波数で動作する
基準発振器５旧に基づき三相パルス発生器５０２で位相
を２π／３異ならせた周波数ｆｏの３つのパルスａ　、
ｂ　、ｅとする。一方、！７２分周器５０３でｆｏ／２
のパルスを発生させる。発生した周波数ｔｏとｆｎ／２
のパルスは加算器５０４．５０５．５０Ｇでそれぞれ加
算され第６図に示す波形として各発光素子４０１．４０
２．４０３に加えられ、基本発振周波数で間欠的発光す
る。

ここで各発光素子４０１，４０２，４０３は前に述べた
ように放射主軸を互いに１２０度異むらせて第１１図の
位置関係を満たすように配置されている。

第７図の受光部では、表示画面付近に設置された受光素
子４０９で座標指示部ｉｏｔからの光を受け、光に変調
された前記３つの発光素子からの信号を検出する。検出
された信号は、利得調整器（ＡＧＣ）７０２に入る。利
得調整された信号は二つのバンドパスフィルタ７０３，
７０４に入る。バンドパスフィルタ７０３は発光素子に
加えられた周波数ｆｏ／２の信号を分離する。分離され
たｆｏ／２は先の利得調整器７０２に帰還され、ｆｏ／
２信号のレベルを一定にする、すなわち、３つの発光素
子からの光強度の和が一定になるように利得調節を行う
。また、分離されたｔｏ／２は２逓倍され、同期検波器
７０Ｂの基準信号となるとともに、９０度位相シフタ７
０８を介して前記基準信号に直交した第２の基準信号と
して第二の同期検波器７０７に加えられる。

これにより、各同期検波器７０［ｉ　、７０７からは、
前述の原理にしたがって受光点における各発光素子から
の光強度にしたがって変調を受けた３相の周波数ｆＯの
信号が直交検波され二つの変位信号として得られる。

ところで、本実施例は現在表示されている座標点を希望
する点に動かずようにして用いられる。

そのため、信号入力検出７０９と二つのクランプ回路７
１０．７１がこのためにある。受光素子４０９が検出し
た信号は、信号入力検出７０９に送られる。信号入力検
出７０９は信号検出した最初の時点でクランプ７１０．
７１！にパルスを送り同期検波器７０８，７０７を介し
て得られた変位信号の初期値を零とする。従って、これ
に引き続いて前記座標指示部１０１の角度を動かすと角
度の変化量が検波器の出力を変化させ、クランプ後の値
を零から変化させる。得られた変位量はサンプルホール
ド７１２，７１３に加えられる。サンプルホールド７１
２．７１３では先の信号入力検出７０Ｂよりの入力信号
がなくなった時点を検出して発生ずるパルスをもってク
ランプよりの変位量を保持する。

保持された変位量は、電圧パルス数変換器７１５，７１
６をへてパルス数として受光部１０２から出力される。

すなわち、前記基本発振周波数で発光している期間の変
位量が出力される。

受光部１０２よりの変位量は第８図の表示部１０３に送
られる。表示部１０３では累積加算器８０１，８０２で
受光部１０２からの変位量をしめす０　パルスを現在の
表示座標値に累積加算する。こうして得られる座標値は
、表示記号発生器８０３に送られて表示画面上の指定座
標を示す印として表示装置８０４に送られ表示される。

このようにして、本実施例は使用開始時に表示画面上の
現時点の指示座標を示す印に座標指示部１月を向けて後
、座標指示部Ｉ・Ｏｌの発光素子４０１，４０２．４０
３を動作開始信号によって動作させ、つづいて座標指示
部１０１を目的座標の方向に動かし、表示装置８０４近
辺に設置された受光部１０２で座標指示部ＩＯ！の角度
変化を検出し、基本周波数でこれを更新して表示部１０
３に変化量を送り、表示部１０３で先の印を送られてき
た変化量に従って順次更新して表示画面」二の印を動か
し、印が目的点に達した後、発光を停止して動作を終了
するものである。

発明の効果 本発明の座標表示装置によると１、指示部を上下左右さ
せて座標入力させることが可能となるため、例えば従来
のマウスように机上などの特定の場所でしか使用できな
いという制約が除かれる。

このため、指示棒のようなしよう方法が可能な座標指示
装置が得られ、プレゼンテーシ１ンなどにコンピュータ
利用の範囲が拡大される。

又、本発明の位置検出装置によると、場所を特定せずに
任意の空間内での位置検出を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における座標指示装置の構成
図、第２図（ａ）、（ｂ）は角度位置検出の基本原理の
説明図、第３図は第２図に於ける光強度の分布説明図、
第４図は同実施例の基本原理の説明図、第５図は同実施
例の座標指示部の構成図、第６図は同座標指示部の各波
形図、第７図は同実施例の受光部の構成図、第８図は同
実施例の表示部の構成図、第９図（ａ）、（ｂ）は従来
例の座標表示装置の全体概略構成を示すブロック図と座
標表示部の概略構成図である。 ４０１　、、、発光素子、４０２　、、、発光素子、４
０３４０９発光素子、４０９．。、受光素子、５０１　
、、、座標指示部、５０２．、、受光部１５０３・・・
表示部・代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１名菓
１図 第２図　　　（α） 第３図 第　４１２１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも３個の放射主軸方向を異ならせて設置
   した発光素子を持つ指示部と、前記各発光素子よりの光
   を受け各発光素子からの光量を検出する受光器とこの受
   光器より得られる各発光素子からの光量より前記指示部
   の角度位置を算出する角度位置算出器とを有する受光部
   と、前記受光部より前記指示部の角度位置変化量を入力
   して表示画面上の指示点情報を更新する表示部とを備え
   たことを特徴とする座標指示装置
2. （２）少なくとも２個の放射主軸方向を異ならせて設置
   した発光素子にそれぞれ異なる変調信号を加えて検出光
   場を作る手段と、前記検出光場中に設置された受光素子
   より得られる信号から前記変調信号にもとずき前記発光
   素子ごとの信号を検出する検出手段と、前記検出した信
   号間の演算から検出光場中の発光素子と受光素子の相対
   的角度位置関係を算出する計算手段とを備えたことを特
   徴とする位置検出装置。