JPH035805A - 光学式２次元座標入力装置 - 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２次元座標を指定して図形等を入力する為の座
標入力装置又はデジタイザーに関する。

〔従来の技術〕

従来から、２次元座標を指定する座標入力装置としては
、磁歪方式、電磁誘導方式、感圧方式、静電誘導方式な
ど種々のものが知られている。従来の座標入力装置はい
ずれも基本的に２次元座標面を規定するタブレット又は
入力盤及びタブレット上を移動可能なカーソルの組み合
わせからなる座標指定部を有している。タブレットとカ
ーソルは電気的、磁気的あるいは機械的信号で結ばれこ
れら信号の授受を介してカーソルの２次元座標面上の位
置が検出され、入力座標指定が行なわれる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した従来の座標入力装置においては、
カーソルとの信号授受を可能とする為入力盤は用いる物
理量の種類に従って特種な構造を必要とした。いわゆる
専用のタブレットであり、所定の寸法形状構造を有して
いる。従って従来の装置により入力される座標の平面領
域はタブレットの面積により必然的に限定されていた。

この為広狭任意の平面領域に存在する図形等を自由に入
力する事ができなかった。

本発明はかかる従来の２次元座標入力装装置の問題点に
鑑み、任意の領域を有する２次元座標面に適用可能な光
学式の座標入力装置を提供する事を目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上記目的を達成する為に本発明によれば、２次元座標入
力装置は任意の座標面に配置された光反射型カーソルに
向って、離間して設置された一対の光源からレーザ光線
を入射しその反射を利用して三角測量の原理により座標
へカを行なうものである。特に一対の光源の距離は与え
られた座標面領域の広狭に応じて調節可能となっている
。

第１図Ａは比較的狭い座標面に適用された場合であって
一対の光源間距離が比較的縮小状態にある本発明にかか
る座標入力装置の構成を示す図である０本装置は光反射
型カーソル１を有する。入力すべき座標を指定する為に
カーソル１は、与えられた寸法を有する比較的狭いＸＹ
座標面２に沿って有限領域内を移動可能に配置される。

カーソル１は所定座標を指定する為にその中心軸Ｐ０が
所定点に合わせられる。中心軸Ｐ、の位置はヘアクロス
ライン等を有する照準部材により視・認できる様になっ
ている。カーソル１の中心軸に向う光路に沿った入射光
線はカーソル１の円筒形反射面により反射され、反射光
線は同一の光路に沿って逆進する様になっている。

該座標面２の上縁部には可動型光源部３が載置されてい
る。光源部３は一対の光源ユニット４及び５を有する。

右側の光源ユニット４は、特定点Ｐ＋から座標面２に沿
って角的に走査しながら入射光線を発し且つ入射光線が
特定点Ｐ＋　とカーソルの中心軸Ｐ０を結ぶ光路に一致
した時カーソル１により反射され逆進して来る反射光線
を受光し検出信号を発生する。又左側の光源ユニット５
は、基準線上において特定点Ｐ、から距離したけ離間し
た他の特定点Ｐ２から座標面２に沿って角的に走査しな
がら入射光線を発する。入射光線が特定点Ｐ２とカーソ
ルの中心軸Ｐ０を結ぶ光路に一致した時カーソル１によ
り反射され、逆進して来る反射光線は左側の光源ユニッ
ト５により受光され検出信号が出力される。さらに該一
対の光源ユニット４及び５は基準線に沿って相対的に自
動又は手動で移動され、該座標面２の寸法に合わせて、
二つの特定点Ｐ、及びＰｔ０間の距ＭＬを設定できる様
になっている。

さらに本座標入力装置は一対の光源ユニット４及び５に
接続された計算部６を有する。計算部６はコンピュータ
により構成され、右側光源ユニット４から送られる出力
信号に基いて、特定点Ｐ１とカーソルの中心軸Ｐ０を結
ぶ光路と基準線とのなす角θ１を計算し、左側光源ユニ
ットから送られる出力信号に基いて、特定点Ｐ２とカー
ソルの中心軸Ｐ０を結ぶ光路と基準線とのなす角θ２を
計算する。さらにこれら計算された角度値θ１及びθ２
と設定された二点間距離りを用いて三角測量の原理に従
ってカーソル１により指定された座標（すなわち中心軸
Ｐ０の座標）を計算する。計算結果は計算部６に含まれ
るＣＲＴ等の表示器７により表示される。

第１図Ｂは同じく本発明にかかる座標入力装置の構成を
示し、比較的広い座標面に適用された場合であって一対
の光源ユニット４及び５間の距離が比較的伸長状態にあ
る。すなわち、第１図Ｂに示す座標面２′は第１図Ａに
示す座標面２に比べて大きな寸法を有しており、この寸
法に合わせて一対の特定点Ｐ＋、Ｐｇ間距離ＬしをＬに
比べて大きく設定している。このＬ′値の設定は一対の
左右光源ユニットを自動又は手動で基準線に沿って相対
的に移動する事により行なう。

〔作　用〕

第１図Ａに示す場合においてカーソルの中心軸Ｐ０の座
標（ｘ、ｙ）は次式に従って計算される。

又第１図Ｂに示す場合においてカーソルの中心軸Ｐ、の
座標（ｘ’、ｙ’）は次式に従って計算される。

ｔａｎ　　ｔｊ、　　＋　　ｔａｎ　　θ２＋１１及び
（２）式と（３）及び（４）式を比較すれば明らかな様
に、指定座標の計算は特定点間距離の設定値が異なる他
はすべて共通のアルゴリズムによって実行でき、単に設
定値りを左右光源ユニット間距離に合わせて計算部に入
力すれば良い。従って本発明によれば、与えられた任意
の座標面の領域寸法に合わせて自由に光源ユニット間距
離を設定でき、計算部は常に共通プログラムにより座標
計算が行なえる。加えて、本発明によれば、カーソルの
中心軸座標はレーザ光線を用いた三角測量の原理により
求められるので、何ら特種な構造のタブレット又は入力
盤を要しない。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の好的な実施例を詳細に説明
する。第２図は本発明にかがる座標入力装置の光源部を
示す正面図である。光源部３は基準線を規定する長手の
基板部材８と、基板部材８の右端部に固定テーブル９を
介して固定された固定光源ユニット４と、基準線に沿っ
て移動可能な可動テーブル１０に載置された可動光源ユ
ニット５を有する。この可動型光源部３は可動光源ユニ
ット５を自動的に移動させる為の駆動機構を有する。駆
動機構は可動光源ユニット５を搭載している可動テーブ
ル１０に挿通しているボールネジ又はリードスクリュー
１１と、該リードスクリュー１１を回転する為にカップ
リング１２を介してこれと接続しているステッピングモ
ータ等の電動機１３と、該電動機１３の回転量を制御す
る事により特定点Ｐ１及び２２間距離りを所望の値に設
定する為の制御回路１４を有する。この制御回路１４は
計算部６に接続されており、与えられた座標面の寸法に
見合ったＬ値を計算部６に入力する事により、制御回路
１４はステッピングモータ１３の回転量を自動的に制御
し、リードスクリュー１１を介して可動テーブル１０に
搭載された可動光源ユニット５を固定光源ユニット４に
対して相対的に移動させる。又一対の光源ユニット４及
び５の出力端子は各々ケーブルにより計算部６に接続し
ている。

なお、リードスクリュー１１は一対の互いに隔たった固
定板１５及び１６により軸支されており且つ可動テーブ
ル１０は一対の案内レール１７及び１８により基準線方
向に沿って摺動的に案内支持されている。

第３図は第２図に示す固定光源ユニット４の光学的構成
を示す図である。なお可動光源ユニット５の光学的構成
も同一であり単に各光学部品の幾可的配置が固定光源ユ
ニット４と対称になっている点のみが異なっているので
その詳細な説明は省略する。

固定光源ユニット４は入射光線を基準線に沿って発生す
る為のレーザ光源１９と、入射光線を角的に与えられた
座標面に沿って走査する為に特定点Ｐ、を中心にして一
定角速度で回転する回転反射鏡２０と、カーソルに反射
されて戻ってきた反射光を受光し検出信号を発生する為
の受光素子２１を有する。図から明らかな様に、レーザ
光源１９から発した入射光線はハーフミラ−２２を通過
して回転反射鏡２０の回転中心部に向う。ここで入射光
線は一定角速度で走査され、特定点Ｐ。

とカーソルの中心軸Ｐ０を結ぶ光路に一致した時、カー
ソルによって反射され逆進して回転反射鏡２０に戻りこ
こで反射してハーフミラ−２２に進む０反射光線はハー
フミラ−２２によって入射光線から分離され、フィルタ
ーを介してホトダイオード等からなる受光素子２１に受
光される。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。

回転反射鏡２０は駆動回路２３によって一定角速度で回
転される。駆動回路２３は又回転反射鏡２０の一回転周
期毎にタイミングパルスを出力する。駆動回路２３より
出力されたタイミングパルス及び受光素子２１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。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、回転反射鏡２０が
一定角速度で回転している点から、結局前述した角度値
θ、を表わすものである。

第４図は本発明に用いられる座標指定用のカーソルの斜
視図である。光反射型カーソルｌは中心軸を有する円筒
状の光反射部材２５と該光反射部材２５の非有効部分を
支持する為の支持部材２６から構成されている。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。与えられた座標面に対して支持部材２６
の底面が接した状態でカーソル１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。

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。座標平面に平行で且
つ円筒状反射部材２５の中心軸に向って進行して来る入
射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、反射光線は入射光線の光源に
向って戻っていく。この反射光線を検出する事により円
筒状反射部材２５の中心軸に一致した指定座標が光学的
に読み取られる。本カーソル２５は光源からの入射光線
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、従来の様に何ら特別の入力盤又はタブレットを
要しない。

第５図は本発明にかかる光学式座標入力装置の電気回路
構成を示す図である。既に説明した様に本座標入力装置
は一対の光源ユニット４及び５と計算部６を有しており
、これらの部分は互いにケーブルで電気的に接続されて
いる。又光源部３のステッピングモータ１３の駆動制御
を行なうモータ制御回路１４も計算部６に電気的に接続
されている。固定光源ユニット４の回路構成は、回転反
射鏡２０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２７を有する。タイ
ミング検出回路２７は回転反射鏡２０が所定の周期Ｔで
一回転する毎に所定のタイミング例えば回転反射！２０
の法線がレーザ光源１９からの入射光線に平行となるタ
イミングで、タイミングパルスＡ□を出力する。又受光
素子２１は増幅回路２８に接続されており、検出信号２
は増幅された後検出パルスＢ１として出力される。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
８に接続されており、受は入れたタイミングパルスＡ１
及び検出パルスＢ１を波形処理して、出力パルスＣ８を
出力する。出力パルスＣ９はカーソルｌから来る反射光
線の受光に同期して発生するので、基準線と入反射光線
光路とがなす角θ１に関係している。

可動光源ユニット５の回路構成は、上述した固定光源４
の構成に対応している。すなわち、回転反射鏡を駆動す
る為の駆動回路２３′、タイミング検出回路２７′、受
光素子２１′、増幅回路２８′および波形処理回路２４
′を存する。波形処理回路２４′はタイミングパルスＡ
８及び検出パルスＢ２を入力し、出力パルスＣ３を出力
する。

出力パルスＣ２は可動光源ユニット５の特定点Ｐｔ及び
カーソルの中心軸Ｐ０を結ぶ入反射光線光路と基準線と
のなす角θ２に関係している。

計算部６は第１の計数回路２９を有し、出力パルスＣＩ
のパルス間隔を計数し角度データθ、を算出する。文筆
２の計数回路３０を有し、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。ＣＰＵ３３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に接続しており、得られた角度データθ１及び
θ２とあらかじめ設定入力されていた二点間距離データ
Ｌに基いてカーソルにより指定された座標を計算する。

ＣＲＴ７あるいは透過型液晶表示素子を用いた電子ＯＨ
ＰがＣＰＬ１３３に接続されており、座標計算の結果を
視覚的に表示する。又モータ制御回路１４もＣＰＵ３３
に接続されており、あらかじめＣＰＵに設定入力された
Ｌ値データに基いて、光源部３のステッピングモータ１
３を駆動制御する。

最后に本発明にかかる光学式座標入力装置の動作を説明
する。まず第１図Ａ又は第１図Ｂに示す様に与えられた
入力座標面の上端部に光源部３を載置し、入力座標面の
寸法に応じて、一対の光源ユニット４及び５間の距１１
１Ｌ　（正確には一対の特定点Ｐ１及びＰ８間距ｍ＞を
計算部６のＣＰ　Ｕ３３に設定入力する。このＬ値に従
ってモータ制御回路１４は光源部３のステッピングモー
タ１３を所定回転量だけ回転させ、可動光源ユニット５
を基準線に沿って移動させ１、固定光源ユニット４との
距離を設定値しに一致する様に調節する。

次いで光反射型カーソル１を与えられた座標面２上に配
置し、その中心軸Ｐ０を照準部材を用いて、所望の座標
点Ｐ　（ｘ、　　ｙ）に合わせる。なおこの様なカーソ
ルｌを用いた座標指定は、入射光線の角的走査速度が高
速である為実際には連続的に行なう事もできる。

引き続いて、一対の光源ユニット４及び５を動作させ、
入射光線を角的に走査し、三角測量を実行して座標Ｐ　
（ｘ、　　ｙ）の値を計算する。この動作を第６図のタ
イミングチャートに基いて説明する。まず固定光源ユニ
ット４において、回転反射鏡２０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Ａ、を出力する。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Ｂ＋を出力する。検出
パルスＢ１は大ピークと続く小ピークを有する。

大ピークは、回転反射鏡２０がレーザ光源からの入射光
線に垂直に位置した状態で発生し、タイミングパルスＡ
、と同期していると共に、カーソルｌからの反射光線と
は無関係である。続く小ピークは、入射光線の走査によ
りカーソルｌからの反射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θ、に比例的に関係し
ている。波形処理回路２４はこれらタイミングパルスＡ
Ｉ及び検出パルスＢ１を波形処理して、出力パルスＣ，
を出力する。

又他方の可動光源ユニット５においても同様の入射光線
走査が行なわれる。この場合において、回転反射鏡の回
転周期及び位相は固定光源ユニット４のそれに一致して
おり従って同一のタイミングパルスＡｔが得られる。又
検出パルスＢｔは大ピークからｔ２時間後に小ピークが
続き、この時点でカーソル１から反射され戻って来た反
射光線が受光される。これらタイミングパルスＡｚ及び
検出パルスＢ２に基いて出力パルスＣ２が得られ、相隣
る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。

続いて第１の計数回路２９は出力パルスＣＩのパルス時
間間隔ｔ、を計赦し、次式に基いて角度データθ１を得
る。

１ θ１　＝４π×　　　　　　　　　・・・　（５）文筆
２の計数回路３０は出力パルスＣ２のパルス時間間隔ｔ
２を計数し、次式に基いて角度データθ２を得る。

２ θ２　＝４π×　　　　　　　　　・・・　（６）最后
にＣＰＵ３３は得られた角度データθ１及びθ２とあら
かじめ設定入力された距離データＬに基いて前述した式
（１１及び（２）に従うアルゴリズムにより指定された
座標Ｐ　（ｘ、　　ｙ）を計算する。

なお本実施例においては、一対の光源ユニ７トの距離は
、ステッピングモータ及びリードスクリューを用いて自
動的に、与えられた入力座標面の寸法に合わせて設定さ
れた。しかしながら、一対の光源ユニットの距離りは手
動により調節する構成とする事も可能である。この場合
には、可動光源ユニットは単にガイドレールによって摺
動的に案内される構成となる。又手動で距離を設定した
後、Ｌ値の算出及び入力は例えばＣＰＵを用いて以下の
様に行なわれる。まずカーソルを所定の座標点に配置し
、入射光線を走査してθ１及びθ２を求める０次いでカ
ーソルを所定の座標点から既知の距離りだけ離れた他の
所定点に移動しこの状態で入射光線を走査し同様にθ１
　′及びθ２′を求める。こうして得られたデータθ□
、θ２．θ１θ２′及びＤを用いて三角測量の逆演算を
行ない一対の特定点Ｐ、及びＰ！間距離りを計算するも
のである。以後このようにして計算された（値を用いて
、光反射型カーソルを用いた座標入力が行なわれる。な
お実施例の光学ユニットの光学構成は単に一例に過ぎず
、種々の変形が可能である。

又光反射形カーソルも実施例の他に種々の変形が考えら
れる。加えて可動光学部の可動構造も実施例の他に種々
の変形が可能である事はいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上述べた様に本発明によれば、２次元座標入力装置は
、光反射型のカーソル及び可動型の光源部を有し、レー
ザビームの角的走査による三角測量の原理に基いている
為、カーソルは任意の与えられた座標面に適用でき、且
つ可動光源部は与えられた座標面寸法に応して、伸縮自
在に調節可能であるので、極めて凡用性に優れていると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは縮小状態にある座標入力装置の構成図、第１
図Ｂは伸長状態にある座標入力装置の構成図、第２図は
座標入力装置の光源部の正面図、第３図は座標入力装置
光源部の右側光源ユニットの光学的構成図、第４図は座
標入力装置の座標指定用カーソルの斜視図、第５図は座
標入力装置の回路構成図、及び第６図は座標入力装置回
路のタイミングチャートである。 １・・・カーソル、２・・・座標面、３・・・光源部、
４．５・・・光源ユニット、６・・・計算部、８・・・
基板部材、１０・・・可動テーブル、１１・・・ボール
ネジ、１３・・・ステッピングモータ、１４・・・制御
回路、１７．１８・・・ガイドレール、１９・・・レー
ザ光源、２０・・・回転反射鏡、２１．２１’・・・受
光素子、２２・・・ハーフミラ−１２３，２３’・・・
駆動回路、２４．２４’・・・波形処理回路、２５・・
・光反射部材、２７．２７’・・・タイミング検出回路
、２９．３０・・・計数回路、３３・・・ＣＰＵ。 〜 座標入力装置光源部の右側光源ユニットの光学構成図第
３図 座標入力装置の座標指定用カーソルの斜視″因業４ ！

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　入力すべき座標を指定する為に、与えられた寸法を
   有する２次元座標面上に沿って移動可能に配置され、中
   心軸に向う光路に沿った入射光線を反射し反射光線を該
   光路に沿って逆進させる為の反射型カーソルと、 該座標面上に載置され、基準線上において離間する二点
   から該座標面に沿って角的に走査しながら入射光線を発
   し且つ入射光線が該光路に一致した時カーソルにより反
   射され逆進して来る反射光線を受光し出力信号を発生す
   る為の一対の光源ユニットを含み、さらに該一対の光源
   ユニットを基準線に沿って互いに相対的に移動させ該座
   標面の寸法に合わせて該二点間の距離を設定する為の可
   動型光源部と、 該出力信号に基いて、該二点及びカーソルの中心軸間を
   結ぶ光路の各々と基準線とのなす角を計算し、これら計
   算された角度値及び該二点間距離の値を用いて三角測量
   の原理に従ってカーソルにより指定された座標を計算す
   る為の計算部とからなる光学式２次元座標入力装置。 ２　該可動型光源部は基準線を規定する長手の基板部材
   と、基板部材の端部に固定された固定光源ユニットと基
   準線に沿って移動可能な可動光源ユニットを含む請求項
   １に記載の光学式２次元座標入力装置。 ３　該可動型光源部は可動光源ユニットを自動的に移動
   させる為の駆動部材を含む請求項２に記載の光学式２次
   元座標入力装置。 ４　該駆動部材は可動光源ユニットに挿通しているリー
   ドスクリューと、該リードスクリューを回転する為の電
   動機と、電動機の回転量を制御する事により該二点間距
   離を所望の値に設定する為の制御回路を有する請求項３
   に記載の光学式２次元座標入力装置。 ５　各光源ユニットは入射光線を発生する為のレーザ光
   源と、入射光線を角的に走査する為の回転反射鏡と、カ
   ーソルに反射されて戻ってきた反射光を受光し検出信号
   を発生する為の受光素子を含んでいる請求項１に記載の
   光学式２次元座標入力装置。 ６　該計算部は、該二点の各々と指定座標点に合わせら
   れたカーソルの中心軸間を結ぶ光路と基準線とのなす角
   度値、該二点の各々と指定座標点から既値の距離だけ離
   間した他の指定座標点に合わせられたカーソルの中心軸
   間を結ぶ光路と基準線とのなす角度値、及び既値の距離
   に基いて該二点間距離を計算する為の回路を含んでいる
   請求項１に記載の光学式２次元座標入力装置。