JPH08254406A - 光学系ユニット - Google Patents
光学系ユニットInfo
- Publication number
- JPH08254406A JPH08254406A JP5347917A JP34791793A JPH08254406A JP H08254406 A JPH08254406 A JP H08254406A JP 5347917 A JP5347917 A JP 5347917A JP 34791793 A JP34791793 A JP 34791793A JP H08254406 A JPH08254406 A JP H08254406A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- input device
- optical
- optical system
- system unit
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- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高精度かつ低コストの光学系ユニットを提供
する。 【構成】 レンズを用いない光学系ユニットであり、構
成として、不要な光学的ノイズ成分を除去するための光
学フィルタと、該光学フィルタに隣接して配置された、
入射する光を絞る絞りと、絞られた光を受光する受光素
子とを設ける。該受光素子は光量を検出する少なくとも
２つの受光部分を有するものである。
する。 【構成】 レンズを用いない光学系ユニットであり、構
成として、不要な光学的ノイズ成分を除去するための光
学フィルタと、該光学フィルタに隣接して配置された、
入射する光を絞る絞りと、絞られた光を受光する受光素
子とを設ける。該受光素子は光量を検出する少なくとも
２つの受光部分を有するものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光学系ユニットに関す
る。本発明の光学系ユニットは、特に、光パルスを発生
する発光素子を有するペン型入力装置と、このペン型入
力装置より発射される光パルスを受光しペン型入力装置
の位置座標を算出する入力装置本体とを組み合わせたワ
イヤレス方式コンピュータ入力装置で用いるのが好まし
いので、以下の説明は、ペン型入力装置の位置座標をコ
ンピュータに入力するワイヤレス方式コンピュータ入力
装置に関連して行うが、本発明はワイヤレス方式または
コンピュータ入力装置に限定されるものではない。ま
た、本発明は、発光素子の座標位置（２次元情報）を検
出するのに適しているので、それに関連して説明する。
なお、本明細書では、入力装置本体と区別するために、
発光素子を有する入力装置を「ペン型入力装置」と呼ぶ
が、このペン型入力装置の外部形状は任意の形状でよ
く、必ずしもペン型である必要はない。
る。本発明の光学系ユニットは、特に、光パルスを発生
する発光素子を有するペン型入力装置と、このペン型入
力装置より発射される光パルスを受光しペン型入力装置
の位置座標を算出する入力装置本体とを組み合わせたワ
イヤレス方式コンピュータ入力装置で用いるのが好まし
いので、以下の説明は、ペン型入力装置の位置座標をコ
ンピュータに入力するワイヤレス方式コンピュータ入力
装置に関連して行うが、本発明はワイヤレス方式または
コンピュータ入力装置に限定されるものではない。ま
た、本発明は、発光素子の座標位置（２次元情報）を検
出するのに適しているので、それに関連して説明する。
なお、本明細書では、入力装置本体と区別するために、
発光素子を有する入力装置を「ペン型入力装置」と呼ぶ
が、このペン型入力装置の外部形状は任意の形状でよ
く、必ずしもペン型である必要はない。
【０００２】
【従来の技術】光パルスを発生する発光素子を有するペ
ン型入力装置と、このペン型入力装置より発射される光
パルスを受光しペン型入力装置の位置座標を算出する入
力装置本体とを組み合わせたワイヤレス方式コンピュー
タ入力装置では、ペン型入力装置の光源から発光する光
を検出するように入力装置本体に設けられた光学系ユニ
ットは、光学フィルタ、レンズ、レンズホルダ（絞りを
兼用する場合もある）、フォトディテクタから構成され
ていた。例えば、このような従来例は、特開平３−１９
６３２６（特願平１−３３７３０９）に開示されてい
る。図５は、この公開公報に開示されている光学系ユニ
ットを示す。図５に示すように、入力装置本体４の光学
系ユニットは、レンズ２０ａ、２１ａおよびフォトディ
テクタ、即ち受光素子２０ｂおよび２１ｂを有する。な
お、光学フィルタおよびレンズホルダは図面中には省略
されている。
ン型入力装置と、このペン型入力装置より発射される光
パルスを受光しペン型入力装置の位置座標を算出する入
力装置本体とを組み合わせたワイヤレス方式コンピュー
タ入力装置では、ペン型入力装置の光源から発光する光
を検出するように入力装置本体に設けられた光学系ユニ
ットは、光学フィルタ、レンズ、レンズホルダ（絞りを
兼用する場合もある）、フォトディテクタから構成され
ていた。例えば、このような従来例は、特開平３−１９
６３２６（特願平１−３３７３０９）に開示されてい
る。図５は、この公開公報に開示されている光学系ユニ
ットを示す。図５に示すように、入力装置本体４の光学
系ユニットは、レンズ２０ａ、２１ａおよびフォトディ
テクタ、即ち受光素子２０ｂおよび２１ｂを有する。な
お、光学フィルタおよびレンズホルダは図面中には省略
されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の構成
では、レンズを用いるために生じるレンズの周辺部での
歪みやスポット形状が円形であるなどの問題により位置
座標算出の精度（リニアリティー）が劣化するため、特
殊なレンズ設計（例えば非球面など）を採用するか、ま
たは単純なレンズ（例えば単純Ｒ凸面レンズなど）を用
いる場合には精度をある程度犠牲にする必要があった。
また、レンズを使用することにより光学系ユニット自体
のサイズが大きくなってしまうと同時に部品コストがア
ップするという問題もあった。
では、レンズを用いるために生じるレンズの周辺部での
歪みやスポット形状が円形であるなどの問題により位置
座標算出の精度（リニアリティー）が劣化するため、特
殊なレンズ設計（例えば非球面など）を採用するか、ま
たは単純なレンズ（例えば単純Ｒ凸面レンズなど）を用
いる場合には精度をある程度犠牲にする必要があった。
また、レンズを使用することにより光学系ユニット自体
のサイズが大きくなってしまうと同時に部品コストがア
ップするという問題もあった。
【０００４】したがって、本発明の目的は、高精度であ
ると共にコストダウンが図れる光学系ユニット提供する
ことにある。
ると共にコストダウンが図れる光学系ユニット提供する
ことにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、レンズを用いない光学系ユニットであ
り、不要な光学的ノイズ成分を除去するための光学フィ
ルタと、該光学フィルタに隣接して配置された、発光素
子から入射する光を絞る絞りと、絞られた光を受光する
受光素子とから成り、該受光素子が光量を検出する少な
くとも２つの受光部分を有することを特徴とする光学系
ユニットを採用するものである。
めに、本発明は、レンズを用いない光学系ユニットであ
り、不要な光学的ノイズ成分を除去するための光学フィ
ルタと、該光学フィルタに隣接して配置された、発光素
子から入射する光を絞る絞りと、絞られた光を受光する
受光素子とから成り、該受光素子が光量を検出する少な
くとも２つの受光部分を有することを特徴とする光学系
ユニットを採用するものである。
【０００６】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の光学系ユニットを用いることに
適するワイヤレス方式コンピュータ入力装置の斜視図で
あり、図２は、本発明の光学系ユニットを含む入力装置
本体の外観を示す斜視図であり、図３は、本発明の光学
系ユニットを含む入力装置本体の詳細を示す断面図であ
り、図４は光源の移動に対するディテクタ上の光スポッ
トの移動を説明するための概略図である。
する。図１は、本発明の光学系ユニットを用いることに
適するワイヤレス方式コンピュータ入力装置の斜視図で
あり、図２は、本発明の光学系ユニットを含む入力装置
本体の外観を示す斜視図であり、図３は、本発明の光学
系ユニットを含む入力装置本体の詳細を示す断面図であ
り、図４は光源の移動に対するディテクタ上の光スポッ
トの移動を説明するための概略図である。
【０００７】最初に図１および図２を参照すると、図１
および図２は従来のコンピュータの構成をそのまま利用
できるワイヤレス方式コンピュータ入力装置を示してい
る。図１において、ＣＲＴ２およびキーボード３に接続
されているパソコン本体１からマウスケーブル６の先端
に適当な支持体（例えばデスク）の上に載せられたワイ
ヤレスマウス入力装置本体（以下単に入力装置本体とい
う）４が接続されている。この入力装置本体４は、詳細
には後述するが、図２に示すように、作業面に対してあ
る角度で配置されたディテクタ（受光素子）（図２には
図示せず）を有し、ペン型入力装置５の発光素子（図示
せず）からの光を絞り（図２には図示せず）を通して絞
った後受光するように構成されている。なお、ペン型入
力装置５の電源には充電式バッテリーまたは乾電池が用
いられる。
および図２は従来のコンピュータの構成をそのまま利用
できるワイヤレス方式コンピュータ入力装置を示してい
る。図１において、ＣＲＴ２およびキーボード３に接続
されているパソコン本体１からマウスケーブル６の先端
に適当な支持体（例えばデスク）の上に載せられたワイ
ヤレスマウス入力装置本体（以下単に入力装置本体とい
う）４が接続されている。この入力装置本体４は、詳細
には後述するが、図２に示すように、作業面に対してあ
る角度で配置されたディテクタ（受光素子）（図２には
図示せず）を有し、ペン型入力装置５の発光素子（図示
せず）からの光を絞り（図２には図示せず）を通して絞
った後受光するように構成されている。なお、ペン型入
力装置５の電源には充電式バッテリーまたは乾電池が用
いられる。
【０００８】このように構成された本発明のワイヤレス
方式コンピュータ入力装置（入力装置本体４とペン型入
力装置５の組み合わせ）は、通常のマウスあるいはタブ
レットの代わりとしてデスクトップコンピュータに接続
して使用される。
方式コンピュータ入力装置（入力装置本体４とペン型入
力装置５の組み合わせ）は、通常のマウスあるいはタブ
レットの代わりとしてデスクトップコンピュータに接続
して使用される。
【０００９】図３を参照すると、入力装置本体４はアー
ムのように上方が斜め下方に突出する壁を有する箱型ケ
ーシングを持ち、その壁には開口が形成されていて、開
口内部には、外部からの不要な光学的ノイズを遮断する
光学フィルタ７、ペン型入力装置５（図１参照）からの
光を適当な形状に整形する絞り８および絞った光を受光
する受光素子９が配置されている。
ムのように上方が斜め下方に突出する壁を有する箱型ケ
ーシングを持ち、その壁には開口が形成されていて、開
口内部には、外部からの不要な光学的ノイズを遮断する
光学フィルタ７、ペン型入力装置５（図１参照）からの
光を適当な形状に整形する絞り８および絞った光を受光
する受光素子９が配置されている。
【００１０】受光素子９は、絞り８の中心位置に配置さ
れて、受光した光の像を検出するための４分割フォトダ
イオードのような像形成位置の光量を電気信号に変換す
る位置検出用の光−電気トランスデューサから成る。こ
の受光素子９は、作業面からの高さｈにおいて、鉛直線
に対して所定の角度θをなすように位置決めされてい
る。この結果、ペン型入力装置５の位置は、後述のよう
に、受光素子９によって受光される光量から算出でき
る。なお、２次元位置検出では、位置検出用の光−電気
トランスジューサは面タイプのもの（フォトディテクタ
の場合には４分割されたもの）を１個用いればよい。
れて、受光した光の像を検出するための４分割フォトダ
イオードのような像形成位置の光量を電気信号に変換す
る位置検出用の光−電気トランスデューサから成る。こ
の受光素子９は、作業面からの高さｈにおいて、鉛直線
に対して所定の角度θをなすように位置決めされてい
る。この結果、ペン型入力装置５の位置は、後述のよう
に、受光素子９によって受光される光量から算出でき
る。なお、２次元位置検出では、位置検出用の光−電気
トランスジューサは面タイプのもの（フォトディテクタ
の場合には４分割されたもの）を１個用いればよい。
【００１１】また、ペン型入力装置５の構成は、前述の
公開公報（特開平３−１９６３２６）に記載されている
ものと同様であり、その詳細はこの公報に説明されてい
るので、本明細書では概略的に説明することにする。ペ
ン型入力装置５は、その本体の先端にＬＥＤのような発
光素子（電気−光トランスジューサ）を有し、本体の前
部には適当な数のクリックスイッチ（図示せず）を有
し、さらに電源スイッチ（図示せず）および充電用端子
（図示せず）を有している。
公開公報（特開平３−１９６３２６）に記載されている
ものと同様であり、その詳細はこの公報に説明されてい
るので、本明細書では概略的に説明することにする。ペ
ン型入力装置５は、その本体の先端にＬＥＤのような発
光素子（電気−光トランスジューサ）を有し、本体の前
部には適当な数のクリックスイッチ（図示せず）を有
し、さらに電源スイッチ（図示せず）および充電用端子
（図示せず）を有している。
【００１２】発光素子は、制御回路（図示せず）の指令
に基づき位置情報およびクリック情報を光に変換して発
光するものであり、例えばクリックスイッチが押される
と、制御回路が通電され、内部で発生する位置情報パル
スなどを発光する。なお、受光素子は可視光に反応する
ためペン型入力装置からの特定の波長（通常、赤外線）
のみを透過させるフィルタ７を設ける。クリックスイッ
チは例えば指で押されることにより前述のように発光素
子の発光を開始させる機能と同時にクリックオン用スイ
ッチおよびクリックオフ用スイッチなどとしても作動す
るものである。この場合、電源スイッチを特に設けなく
ともいずれかのクリックスイッチが一定時間おされない
場合に制御回路への通電を中止する機能を付加すること
によって無駄な電力消費を防ぐことが可能である。な
お、クリックスイッチの数は限定する必要はなく、さら
に回路への通電を確実に遮断するために電源スイッチを
別に付加してもよい。
に基づき位置情報およびクリック情報を光に変換して発
光するものであり、例えばクリックスイッチが押される
と、制御回路が通電され、内部で発生する位置情報パル
スなどを発光する。なお、受光素子は可視光に反応する
ためペン型入力装置からの特定の波長（通常、赤外線）
のみを透過させるフィルタ７を設ける。クリックスイッ
チは例えば指で押されることにより前述のように発光素
子の発光を開始させる機能と同時にクリックオン用スイ
ッチおよびクリックオフ用スイッチなどとしても作動す
るものである。この場合、電源スイッチを特に設けなく
ともいずれかのクリックスイッチが一定時間おされない
場合に制御回路への通電を中止する機能を付加すること
によって無駄な電力消費を防ぐことが可能である。な
お、クリックスイッチの数は限定する必要はなく、さら
に回路への通電を確実に遮断するために電源スイッチを
別に付加してもよい。
【００１３】次に、図４を参照して本発明の位置算出の
原理について説明する。図４は位置算出の基本原理を簡
単に示したものであり、絞り形状は正方形のものを採用
している。図４に示すように、ペン型入力装置の光源
（発光素子）が下方に移動すると、フォトディテクタ９
（受光素子）上のスポットが上方に移動し、ペン型入力
装置の光源が上方に移動すると、フォトディテクタ９上
のスポットが下方に移動し、ペン型入力装置の光源が右
方に移動すると、フォトディテクタ９上のスポットが左
方に移動し、ペン型入力装置の光源が左方に移動する
と、フォトディテクタ９上のスポットが右方に移動す
る。
原理について説明する。図４は位置算出の基本原理を簡
単に示したものであり、絞り形状は正方形のものを採用
している。図４に示すように、ペン型入力装置の光源
（発光素子）が下方に移動すると、フォトディテクタ９
（受光素子）上のスポットが上方に移動し、ペン型入力
装置の光源が上方に移動すると、フォトディテクタ９上
のスポットが下方に移動し、ペン型入力装置の光源が右
方に移動すると、フォトディテクタ９上のスポットが左
方に移動し、ペン型入力装置の光源が左方に移動する
と、フォトディテクタ９上のスポットが右方に移動す
る。
【００１４】図４に示すように、フォトディテクタ（受
光素子）９は、４分割されたフォトダイオードの部分
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから成り、このため、光源の位置によっ
てフォトダイオードの部分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで受光される
光量が変化する。したがって、フォトダイオードの部分
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて検出された各光量の値から光源
（発光素子）の位置が算出できる。なお、位置算出の詳
細な計算方法は、本発明の主要な部分でないので、省略
する。
光素子）９は、４分割されたフォトダイオードの部分
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから成り、このため、光源の位置によっ
てフォトダイオードの部分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで受光される
光量が変化する。したがって、フォトダイオードの部分
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄにおいて検出された各光量の値から光源
（発光素子）の位置が算出できる。なお、位置算出の詳
細な計算方法は、本発明の主要な部分でないので、省略
する。
【００１５】次に、光学フィルタ７、絞り８、受光素子
９から成る光学系ユニットに、レンズを付けた場合、レ
ンズを付けない場合、絞りの形状を円形、矩形、正方形
にした場合について行った精度に関する実験結果を説明
する。実験結果としては、絞りの形状が同一であると
き、レンズを付けない場合の方が、レンズを付けた場合
よりも、精度がよかった。この理由は、例えば図４にお
いて、発光素子と受光素子の間の距離を一定とした場合
（Ｚ軸方向の距離を一定とした場合）、受光素子である
４分割フォトディテクタの各部で受光される入射光の強
度分布（光量の分布）の比率がＸまたはＹ方向距離を求
めた場合に直線性がレンズを用いない場合の方がよいと
いう事実に基づくものと推論される。またレンズを付け
ないとき、絞りの形状が正方形および矩形の場合は、精
度はほぼ同じであったが、円形よりも精度はよかった。
この理由は、レンズを付けないときのスポットの中心が
単純に光源の移動量（角度の変位量）に比例して移動す
るため矩形絞り（または正方形絞り）の方が円形絞りよ
りもやはり前述の直線性がよいという事実に基づくもの
と推論される。
９から成る光学系ユニットに、レンズを付けた場合、レ
ンズを付けない場合、絞りの形状を円形、矩形、正方形
にした場合について行った精度に関する実験結果を説明
する。実験結果としては、絞りの形状が同一であると
き、レンズを付けない場合の方が、レンズを付けた場合
よりも、精度がよかった。この理由は、例えば図４にお
いて、発光素子と受光素子の間の距離を一定とした場合
（Ｚ軸方向の距離を一定とした場合）、受光素子である
４分割フォトディテクタの各部で受光される入射光の強
度分布（光量の分布）の比率がＸまたはＹ方向距離を求
めた場合に直線性がレンズを用いない場合の方がよいと
いう事実に基づくものと推論される。またレンズを付け
ないとき、絞りの形状が正方形および矩形の場合は、精
度はほぼ同じであったが、円形よりも精度はよかった。
この理由は、レンズを付けないときのスポットの中心が
単純に光源の移動量（角度の変位量）に比例して移動す
るため矩形絞り（または正方形絞り）の方が円形絞りよ
りもやはり前述の直線性がよいという事実に基づくもの
と推論される。
【００１６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光学系
ユニットにレンズを使用せず、矩形絞り（好ましくは、
正方形絞り）を用いてスポット形状を矩形（正方形）に
整形したので、レンズ系を用いるシステムに比べで位置
座標の計算精度の向上、部品点数の削除によるサイズの
小型化および低コスト化、などが実現できる光学系ユニ
ットを得ることができる。
ユニットにレンズを使用せず、矩形絞り（好ましくは、
正方形絞り）を用いてスポット形状を矩形（正方形）に
整形したので、レンズ系を用いるシステムに比べで位置
座標の計算精度の向上、部品点数の削除によるサイズの
小型化および低コスト化、などが実現できる光学系ユニ
ットを得ることができる。
【図１】図１は、本発明の光学系ユニットを用いること
に適するワイヤレス方式コンピュータ入力装置の斜視図
である。
に適するワイヤレス方式コンピュータ入力装置の斜視図
である。
【図２】図２は、本発明の光学系ユニットを含む入力装
置本体の外観を示す斜視図である。
置本体の外観を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の光学系ユニットを含む入力装
置本体の詳細を示す断面図である。
置本体の詳細を示す断面図である。
【図４】図４は光源の移動に対するディテクタ上の光ス
ポットの移動を説明するための概略図である。
ポットの移動を説明するための概略図である。
【図５】図５は、従来例の光学系を示す断面図である。
１ パソコン本体 ２ ＣＲＴ ３ キーボード ４ 入力装置本体 ５ ペン型入力装置 ６ マウスケーブル ７ 光学フィルタ ８ 絞り ９ 受光素子（ディテクタ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 学 神奈川県大和市南林間８−１−６ ベルプ ラス南林間203
Claims (3)
- 【請求項１】 レンズを用いない光学系ユニットであ
り、不要な光学的ノイズ成分を除去するための光学フィ
ルタと、該光学フィルタに隣接して配置された、発光素
子から入射する光を絞る絞りと、絞られた光を受光する
受光素子とから成り、該受光素子が光量を検出するくな
くとも２つの受光部分を有することを特徴とする光学系
ユニット。 - 【請求項２】 請求項１記載の光学系ユニットにおい
て、前記絞りは、その開口形状が矩形であることを特徴
とする光学系ユニット。、 - 【請求項３】 請求項２記載の光学系ユニットにおい
て、前記絞りは、その開口形状が正方形であることを特
徴とする光学系ユニット。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5347917A JPH08254406A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光学系ユニット |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5347917A JPH08254406A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光学系ユニット |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08254406A true JPH08254406A (ja) | 1996-10-01 |
Family
ID=18393489
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5347917A Pending JPH08254406A (ja) | 1993-12-24 | 1993-12-24 | 光学系ユニット |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08254406A (ja) |
-
1993
- 1993-12-24 JP JP5347917A patent/JPH08254406A/ja active Pending
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