JPS58132832A - インタ−フエイス機構 - 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】 本発明の技術分野 本発明社、データ処理動作に対する手作業入力のため、
指示部材又は尖筆の運動をインターフェイスする分野に
属する。

この種のインターフェイスは、手動作で動かされる指示
器又は尖鎖の位１１動作表面領域の特定の座標へ変換す
る。動作異面領域は、陰極線管又は他の種のディスプレ
イの２次元表面プレートであってよい。

データ処理インターフェイスに対する手動操作の指示器
は、データ処理動作・へ手動作動を導入しようとする際
に、当技術分野で注目を集めて１！た。

そして、尖ＩＩｔ検出するため、多くの物理現象を使用
したシステムが構成された。ポピユラーな現象としては
、音響、光学、圧力感知、容量性及び静電現象がある。

特定の現象に基いたそれぞれの具体的技術は、異った正
確性を示し、人間的要素の考慮及び費用対効率について
の考察ｔ−４６１１’とする。

背景の技術 光学現象に基く技術會使用して、手作業で動かされる尖
筆の位置全追跡することは多くの利点を有し、当技術分
野で大きな注目を集めつつある。

単純性及び正確性の点から、最も将来性のある技術は、
手動作で位置ずけられた指示器又は尖筆が動かされる動
作平面の上にある平面で、移動するビーム・スキャナか
らの光の反射を利用することである。

光学的技術を使用した現在のシステムは、光学的にアク
チブな役割全潰する移動部材を必要とし、それによって
移動部材上に制約ケもたらす。次に述べるものは、２つ
の具体的々例である。

米Ｎ特許第３８９８４４５号は、掃引ビームが特殊の尖
端に衝突した時、信号を発生する尖筆の座標全設定する
ことに関して説明している。

１９７１年の米国航空宇宙局の技術ノート扛、１つのラ
インの上の異なった地点で２つのビーム會使用し、特殊
の尖筆からの反射を利用することを説明している。この
尖筆は筒状の鏡を有し、逆反射されたビームは走査ビー
ム内に局限され、それによって、走査ビームＧ軸角度は
、指示部材の位置全決定するために使用可能となるまで
増加される。

本発明は、手動作で動かされる指示器又は尖筆の位置座
標を決足するため、走査光ビームによって発生された光
検ｍ亀流の中断によって得られた角度情報を使用し、か
つ正確な位置座１１’（ｒ選択するため、位置データの
履歴を使用する。指示部材又は尖筆の組成は反射率の制
約を受けず、情報を転送するため指示器の異つ九部分の
特性が感知されてよく、オペレータの指であってもよい
。

説明上簡潔にするため、「指示部材」の用語の代りに尖
筆の語を用いることにする。

ここで第１図を参照すると、そこには本発明に従う光学
系のエレメントの相対的位置會示す平面図が簡単に示さ
れる。光源１０はビーム上寿える。

ビームは静止鏡１１にある小孔全通してシステムに入る
。光ビーム源として、レーザを使用すれば、非常に満足
すべき結果金与える。次にビームは、回転又は振動する
鏡走査器１２によって、図の平面に位置する参照表面を
横切って掃引される。回転の１部に関して、ビームは１
．光ｌｌ１１．２．３によって表わされるように、逆反
射ストリップ１３に衝突するように参照表面を横切る。

使用可能なス）　ＩＪツブ１３としては、高速道路の標
識で使用されるものと同様な数珠玉状の物質で構成され
るか、高利得の投影スクリーンであってよいが、方向性
の大きいものが望ましい。そのような物体は光源へ向け
て入射光の大部分音反射する。その量は、比較的入射角
度に影響されない。

反射光は、反射された複数の矢印で示されるように、元
、ｉｌｌ、２．６の逆方向に集った数度の幅を持つ光電
へと絞られる。この光は、鏡走査器１２及び靜止鏡１１
によって再び反射され、集光レンズ１６へ導かれる。集
光レンズ１６ｔｉ元検知器１７で焦点を結ぶ。

連続的な光走査の下で、ビームがストリップ１３を横切
る間に、定常的光電流が生じる。走査が継続するにつれ
て、ビームは靜止鏡１４に衝突し、参照表面を横切って
、光線４．５．６で示されるように、新しい方向から偏
向されて逆反射ストリップ１５に衝突する。逆反射され
た光は、鏡１４、走査器１２、鏡１１？通って再び光検
知器１７へ導かれる。

尖筆によシ遮断される光音使用することによって、尖筆
の材料に関する多くの制約が除かれ、尖筆それ自体の特
性が情報目的のために利用可能となることが発見された
。使用者の指ですら満足すべき結果を与える〇 本発明に従えば、走査光ビームは定常的光電流上寿える
。参照表面の任意の領域に置かれた尖筆は、走査角度の
成る範囲にわたってビームを連断し、光電流にデツプ（
ｄｉｐＨｒ生じる。尖筆が置かれる走査角は、タイミン
グ・マークのような適当な相関手段に関してデツプの中
心を位置づけること゛によって設定される。

ここで第２図を参照すると、そこに＃ｉ鏡１４がある場
合とない場合の光電流を示すグラフが示される。第２図
において鏡１４がある場合、光電流は延長され、ビーム
が尖筆によって再び連断された時、第２のデツプを生じ
る。

本発明に従えば、デツプが現われる走査ビームの２つの
角度全決定すると、単純な３角測量によって、尖筆の位
置を決定することができる。

尖筆の位置が決定された後、尖筆が手動作で動かされる
につれて、成る精神運動性の制限が生じ、正確度の要請
からどの座標が関連するアプリケーションに対して最も
正確なデータ會表わすかについての決定が必要となる。

具体的位置座標について、現在の尖筆位置の履歴全使用
して決定がなされ友場合、正確度が改善嘔わることが発
見嘔れた。

動作領域上で指示部材を追跡するとともにその位置を正
確に決定することができる能力は、マニュアル指示器か
らデータ処理動作へ入力を与える場合のインターフェイ
スの土台となる。このインターフェイスは多様なアプリ
ケーションで使用可能である（例えば、高度に正確な入
力装置、ディスプレイ、ターミナル、及びテレコンファ
レンス入力量）。

本発明に従って、第１図の光学系は、動作領域中の参照
表面の下でビームを光学的に折り曲げることによって、
作業領域の境界に対してより密接な関係（置かれる。こ
れは、参照表面の２つの直交した端部に沿って、９００
の角度を有する三面鏡を配置することによって達成され
る。三面鏡はＬ形の長い反射部材であって、ライン又は
背柱部上で約９０°の角度ｔなして交差する２つの鏡面
ストリップより成る。

適当な光学系は第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図に示され
る。第３Ａ図は正面図、第６Ｂ図及び第３Ｃ図＃′ｉ側
面図である。第３ム図、第５Ｂ図、第３Ｃ図において、
二面１ｉ１８及び１９は、七の背柱部を参照表面と揃え
られ、参照表面の下方から上方ヘビームを伝播するが、
他の点では平面鏡として動作する。参照表面の下を通る
ビームは点線で示され、参照表面の上會通るビームは実
線で水爆れる。

光源１０からのビームは鏡１１ｔ″通って斜め方向に参
照表面の下へ入り、走査器（回転又祉振動する鏡）１２
に衝突する。そして依然として表面の下で偏向され、三
面鏡１８へ達する。鏡１８では、ビームは第３ム図に示
されるように下方から上方へ偏向はれ、それＫよってビ
ームは参照表面と平行になる。ビームは参照表面の上に
ある線として示される。次にビームは逆反射ストリップ
（逆反射器）１３に衝突する。逆反射Ｆｉ複数の矢印で
示され、こｔ１Ｆｉ光検知器１７のために程度の高い定
常光上寿える。

この構成は、光源１０から出た単一のビームが光学的に
あ友かも想像上の位置２０及び２１におかれた２個の「
仮想走査器」から生じたものであるかの如く動作する。

走査器１２が更に回転して、走査角が大きくなるにつれ
、ビームは三面鏡１９に衝突し、参照表面の上方に送ら
れ、逆反射ストリップ（逆反射器）１５に沿って移動す
る。かくてビームは、走査角が大きくなると、あたかも
仮想走査器の位置２１で生じたかの如く行動する。

尖筆を通る線及び仮想走査器から走査器１２へ至る巌の
角度情報と走査とｔ相関づけるタイミングは、ビームが
フォトトランジスタ２２及び２３に衝突する時に与えら
れる。

成る走査角度の場合には、１つの三面鏡から反射した後
のビームは、逆反射ストリップへ直接に衝突するのでは
なく、他の三面鏡へ情実する。それによって、ビームは
再び参照表面の下へ持って来られる。第３Ｂ図及び１０
００図に示されるように、逆反射ス）　ＩＪツブが参照
表面の上方及び下方に来るようにそれらｔａ長すること
によって、ビームはより下の地点で逆反射ストリップ１
３及び１５Ｋｌｌｉ突することができる。

注意すべき事は、ビームが参照表面の上方から下方へ送
られる間、光電流が連断されないよう鏡と逆反射器の配
置に注意１−１！することである。

第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図の光学系を用いれば、参
照表面の殆んど全ての領域が使用可能となる。

光学系が陰極線管又はディスプレイの前面で使用される
場合、参照表面は透明材料で構成される。

しかし、ビームは参照六面の下を通るから、ガラスのよ
うな物理媒体全停止部材として用いることにより、尖練
があやまって低いと一ムｉ妨害する位置にこないように
注意することである。

角度情報は次のようにして得られる。

第５Ａ図、第３Ｂ図、第５Ｃ図の折多曲げ式光学系はビ
ームが位［２０及び２１で生じる２つの仮想走食器ビー
ムとして考えられるように動作する。

角度情報が走査領域の！−７座標へ変換される場合を考
えると、動作領域において矢線の１−７座標會決定する
幾何学的三角測量は、第３Ｄ図に示されるように展開さ
れてよい。尖筆は、ＩＩＤ図でＢ　及びＢ２として示さ
れる２つのビームの交点に置かわているものと仮定する
。座標軸は！及びｙとラベル會付逼れ、原点は足査器の
地点にある。その地点は、入来ビームと走査艶面の交点
である。

三角測量は次のようにして行われる。

ム　はＢ　とＸ軸との角度とし、ムアはＢ２と１ ｙ軸との角度とする。Ｓ　はＸ軸に沿って置かれた仮想
走査器（位＠２１にある）と原点との距離とし、Ｂ　　
Ｆｉｙ軸に沿って置かれた仮想走査器（位　　　１ 置２０にある）と原点との距離とする。Ｘ及びｙ座標は
、次の等式１及び２に示されるように％　ａｘ１８　及
びム　及びＡ［よって表わされる。

ｙ　　　　　　ｘ　　　　　　ｙ （以下余白） ｍ ４−　　　　　　　　　　　　　噂− １１１ Ｘ　　　　　　　　− ｖ−（Ｎ 通常、８　ｘａｓ、に等しく選択される。

一方、ム８及びムアけ、走査角Ａ、によって表わされる
。走査器が反時計方向九回転しているものと仮定すれば
、ム　ミ０のとき、ビーム＃ｉＸ軸膠 に沿って走査器を離れる。反射法則に従って、ムエ及び
ム　は等式３及び４に示されるように、　Ａ。

へ関連づけられる。

等式３　　ム　＝４ム １ 等式４　　ム　＝　ｆ／２−４Ａ ７　　　　　　　　　　　　　ｍ 商業者にとって、もしＢ、とＢ２が接近して平行となれ
ば、三角測量は不可能となることが明らかであろう。こ
れは、走査（至）から対角線的に反対のコーナーで起り
、ム　＝ム　＝ｔ／４に対応すＸ　　　　　７ るａこの地点の近くで、小さな測定乃至計算エラーが増
幅される。従って、使用可能な領域は、実際の利用可能
なサイズよりも幾分小さくなる。

例として、作業表面Ｆｉ第３Ｄ５！Ｊに示されるように
、−辺がムである正方形であると仮定する。この場合、
使用不可能々縁部分扛幅Ｗ−（８／２）−ムである。こ
こでＳ　　＝Ｓ　　＝Ｓと仮定する。

Ｘ７ 角ム　及びＡ　を測定する時の誤差が一ムであり、Ｘ　
　　　　　　　７ 結果の位置誤差がＪＱであると仮定する。正方形のコー
ナー′の近くで灯、誤差は等式５で示されるように表わ
される。

等式５　　　ＪＱな（相パリ　１人 当業者が本発明を実施し、かつ高分解能の正確性ｉ得る
ため、具体的な大きさ１例として説明全貌ける。

Ｓ　／　２　＝　３５．５６　ｃｙｔｔ及びＡ＝３Ｑ、
４８ｃｍと仮定する。ｋＷＡ分Ｗ＝５．０８ｃｍとなる
。位置誤差は約２５４ＪＡ５１１となる。ここでＪ人は
ラジアンである。

光学系は次のような要件に従う。光源は小さくかつコリ
メートされている。レーザはこれらの要件を極めて良好
に満たす。

順方向において、小さな直径のビームが殆んど一定の高
さでタブレツ）ｋ横切って走査しなけれにならない。６
α４８５１領域に必要なｙａ＆は、角度で１分のオーダ
にある。逆方向では、光学系はできるだけ多くの逆反射
光を集め、それを光検知器へ与えなければならない。か
くて、レンズ１４（第３Ａ図）Ｋ対する開口数社大きく
保持されねばならない。レンズの照準正確ｆＦｉ、リタ
ーン光が良好にコリメート嘔れないので重要ではない。

装置を使用しやすくするため、各稲のコンポーネントの
高さに小さくされねばならない。これはレンズの大きな
開口数と矛盾音生じるが、許容できる妥協点が得られよ
う。

光源がレーザである場合、次のような仕様の列が助けと
なろう。ａ５ｍｖＨ・−Ｎ・レーザ＃′ｉ５α４８ｔｘ
ＸＳＱ、４Ｂｔｘの作業領域に対して十分のパワーを与
え、眼に対して全く安全である。それはビーム拡張レン
ズを備えており、参照衆（２）上のピー五直径を最小に
するように集束レンズを選択できる。ダイオード・レー
ザはより小型かつ安価であり、製造工程で使用されよう
。

第４図を参照すると、そとＫは＃！３Ａ図、第５Ｂ図、
第３Ｃ図の光学系がディスプレイへ取付けられ、指示器
の運動全保留するように示される。

この保留（保持）によって、トレースさねたパターンが
表示される。ディスプレイは同一構内でターミナルとし
て珠付けられるか、又はテレコンファレンス目的のため
ｆ１遠隔ロケーションに置かれる。

第３Ａ図、第５Ｂ図、第３Ｃ図に示された光学系は、オ
ペレータと陰極線管２５との間に置かわる。表面２６Ｆ
ｉ動作領域の基準面である。それは、光源からの光が表
面２６の下を通過し、走査器１２によって反射されるよ
うに配置される。次に光ビームは、二面ｆｉＡ１８及び
１９によって陰極線管２５の前面へ送られる。走査ビー
ムは、尖筆２７によって遮断されるところｒ除いて、逆
反射ストリップ１３．１５に衝突する。光学系は当技術
分野における標準的手法を使用し、尖筆端の一連のｘ−
ｙＰＪｌ、襟によって形成された線は画２８がトレース
される時に保持（保留）嘔ね、尖筆の消去器２９の異つ
交屈折一様性全光学系が認識すると、消去が行われる、 保持、表示、消去能力の１つの例が、第５Ａ図、＃！５
Ｂ図、第５Ｃ図に関連して示される。こ！らの図面には
表示スクリーン５０が示され、その領域３１＃ｉライン
、エンター、消去とラベル全村された部分へ分割される
。尖筆のロケーションを決定する本発明の能力によって
、動作領域の特別の部分がデータ処理システムと通信す
るため割当てられることができる。オーディオ−繊の方
法が通常備えられていみ。そのような領域部分は「ソフ
ト・キー」と呼ばれ、オーディオは単なるビープ（ｂ＠
ｅｐ）音である。「ライン」のソフト・キー領域が先ず
触れられると、データ処理システムはビープ音で応答す
る。

システムは、第七ム図に示されるように、地点３２のロ
ケーションを識別し、それｔ表示する。

「エンター」のソフト・キーが触れられる。第５Ｂ図に
おいて、尖１１２７は第２の地点ｓｓｒｒｍ別するよう
に位置付けられる。その間に、システムは地点３２の表
示を保持する。第５Ｃ図において、矢線は再び「ライン
」のソフト・キーへ位置づけられる。すると、システム
は地点６２及び３５の双方を保持及び表示するとともに
、仁れら地点間の＠６４を表示及び保持する。もし線３
４を消去することが望ましくなったならば、尖筆２７會
他のソフト・キーのところへ移動させることによって、
線が消去ネれる。

システムは元ビームｔ−遮断することによ一シて動作す
るから、−ｔｚ・は、消去器２９の異った反射率、又は
尖筆２７のサイズ又Ｆｉａ径の相違など、尖筆の光学特
性ｔ−＆ｉ！！繊する。異った光学特性認識能力を使用
することによって、ソフト・キーを使用しないで、機能
全実行することが可能である。

尖筆の断面サイズ又は材質特性の相違を認識するため、
尖筆の直径よりも小さな龜径會有するレーザ・ビームを
使用することが望ましい。これは信号検知回路會単純化
し、表面領域の中央近くにある制御された焦点へビーム
を持って来ることによって目的ケ達することができる。

焦点近傍におけるレーザ・ビームの行動様式は、当技術
分野において深く研究されている。次の説明は簡単なも
のであるが、本発明ケ実施するためには十分であろう。

波長λのレーザ・ビームが直径Ｄｔ−有する腰部焦点へ
集められると仮定する。ビームは、等式６で与えられる
特性長さ２　によって決定され良率で、焦点から発散す
る。

焦点から距離２のところで（いずれの方向においても）
、ビームの直径りは等式７に掲けられたようになる。

等式６は２の偶関数であることがわかる。よって、最良
の構成は、動作表面領域の中央で焦点を発生させること
である。その場合、最大直径は領域の端部で生じる。ｚ
＝ｚ　　ｔ−５領域の中央から・ 端部までの最長距離とする。λとｚ管固定すると、等式
６の唯一の自由なパラメータはＤ　となる。

ＤＫ関してＤ（Ｚ−Ｚ）１ｒ最小にすると、等・　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・弐８で表
現された関係が得られる。

領域の例では、距離２　は約２ｏｃＩＭである。従っ・ て、λ−６３００Ａについて、Ｄ　はα４ｍｍであり、
端部における最大直径はａ６−となる。

レーザ及びレンズは領域の外側に置かれねばならず、走
査器及び二面蜘から反射した後の焦点への距離は約１０
００ｍｍとなる。

かくて、問題１ｌｔ１０００　ｍｍの距離のところにａ
４ｍｔｎの腰部全形成することにしぼられる。もしレー
ザの発散が０４ミリラジアン（ｍｒ）であれば、単一の
レンズだけで十分である。発散は約α８ｍｒであり、従
ってビーム拡張器が必要である。こねは次のようにして
作られる。焦点距離Ｆ。

のレンズは、等式９で表わされるように、ゼーム會腰部
直径り、ｔ−有する焦点へ持って来る。

等式９　　　　Ｄ　　　＝ＦＡ １　　　　　　　１゜ ここでム　Ｆｉｏ、８ｍｒの初期発散である。

すると、焦点距離Ｆの第２レンズは、所望の１０００　
ｍｍの距離のと仁ろに拡大された腰部全形成する。

最終的な腰部ロケーションＬ及び直径りは、等ここでり
、＃ｉ初期腰部からｍ２レンズまでの距離であり、Ｌは
そのレンズから蛾終腰部までの距離である。パラメータ
２．は、初期腰部の近傍におけるビーム直径の変動に対
する長さスケール上表わす。これについて打、等式６と
対比されたい。

簡単な設計手順としては、先ずＦ（第２レンズの焦点距
離）【選択することである。等式１１及び１２における
Ｄｉ所望の腰部直径Ｄ　で置換し、Ｏ Ｌｔ−１０００ｒａｍの焦点距離で置換することである
。若干の操作全加えた後、必要な中間的腰部直径Ｄ１け
等式１３で表わされることがわかる。

次に第ルンズの焦点距離は等式１４から決定される。

この腰部と第２レンズとの間の距ＩＩＩＩＦｉ等式１５
から得らねる。゛ 中間腰部は第ルンズからの距離Ｆ　Ｉ　Ｋよって形成さ
れ、よってレンズ間の距離はＦ、＋Ｌ、−ｔ’ある。

上記の等式は、レンズがレーザ・ビームを裁断しない場
合にのみ有効であることに注意されたい。

かくて、第ルンズの直径は入力レーザ・ビームの直径を
超えたものでなければならない。第２レンズＤ　２　Ｋ
必要な最小直径は、等式１６に従って容易に計算される
。

１つの例として、もしＦが５０ｍｍに選択されれば、Ｆ
　、　ｕ　２６　ｍｍ　　とな）、レンズ間の距離は７
８　ｍｍとなる。第２レンズの直径は２ｍｎ＋ｊ超えた
ものでなければならない。

走査器は、約９０＠の全ての角１ｆｔ−通して、レーザ
・ビームを偏向させることが必要である。９０°の角度
範囲は、大部分の娠動走査器に関して大きいと考えられ
るので、小さなモータにより６０Ｈｚで駆動される多面
鏡が満足すべき結果を与え、従って使用されるのが望ま
しい。原理的に線、８個の面【もった多面走査器は、１
（ロ）転ごとに８つの９０＠走査管実行する。しかし、
鏡は戻９の逆反射光を集めることが必要となる。鏡面は
回転すると同時に移動するから、コリメートの貧弱なリ
ターン光は、走査の終りに近づくＫつれて次第にぼやけ
、光電流に大きな変動音生じることになる。オーバサイ
ズの面會有する四面鏡を使用することによって、これｔ
少なくすることができよう。

第３ム図、第５Ｂ図、＃！３Ｃ図に戻って、二面鏡上使
用する場合に考慮しなければならない点は次のとおりで
ある。

ビームは、作業領域表面の下側と平行して、走査器を離
れなければならない。それによって、それは頂部表面へ
並進した後平行に保たれる。これは、鏡の二面角が正確
に９０°でおる時に生じる。

もし角度が９０°から６だけ異っていれば、出力ビーム
角＃′ｉ２ｇだけ誤差を生じる。もし２つの二面鏡が同
一の正しくない角度を有すれば、入射レーザ・ビーム角
度全調節するか、又は走査器上傾けることによって、誤
差ｔＷａ償することができる。

二面鏡は、前方表面が鏡面になつ友ストリップを、長方
形金属ストックから機械加工されたホルダへ接合するこ
とによって形成することができる。

機械加工は、２つのホルダが同じようになることを保証
するやり方でなされる。最もホルダの角１ｆＦ１９０°
から数分の角度だけ異っていてもよいが、これは容易に
補償することができる。ホルダ及び系の他の部品は平坦
なベース・プレートに取付けられる。このペース・プレ
ートハ、例えばジグ・プレート金属ストックから切出さ
れたものである。

逆反射器は、自己粘着性材料を金属ス）　ＩＪツブへ付
着させることｋよって作られる。

当技術分野において、数種の逆反射材料が利用可能であ
る。これら全てのものは、本質的に紙をバックに金員を
被覆したものへ生機視的ガラス・ビーズをボンド結合し
た本のである。ビーズは露出されていても、ポリマ被覆
で保−されていてもよい。被覆されていない逆反射材料
は、ＩＮ覆された材料の反射率よりも約４倍の反射率を
有し、より広い範囲の入射角で動作する。しかし、それ
は破損しやすく、清掃が困難である。実施例の系では、
信号対雑音比が十分に大きく、保護又は被覆された材料
を使用しても支障がない。

入射角及び発散角に対する逆反射ス）　＋７ツプの反射
効率変化が、第６Ａ図及び第６Ｂ図に水爆れる。入射角
が約４０９奮超えると、急激な減衰？生じる。

ここで第３Ａ図、第３Ｂ図、第３０図を再び参丼すると
、ストリップ１３及び１５に達した光は、４５°よりも
小さい角度で到着してよいことがわかる。従って、反射
効率のためＫは、ストリップ１３及び１５のホルダへ多
数の小さな面を機械加工し、逆反射テープを正しい方向
へ傾けることが便宜である。

ここで第６Ｂ図會参照すると、入射ビームに関して測定
された角度と共に、逆反射光の角度分布が水爆れる。光
は合理的に方向性會もっているか光電角度は集光開孔よ
りはるかに大きい。開孔は長方形である。水平方向にお
いて、開孔Ｆｉａ走査器又は二１ｌｆｒ鏡間のギャップ
によって截断される。

ギャップ・サイズが増大すると、全体的次元に対する使
用可能表面は減少する。垂直方向において開孔は一方で
は表面によって裁断嘔れ、他方ではベース・プレート、
走査器又は二面鏡によって截断される。次元のいずれか
を増大させると、装置の大きさが厚くなる。実施例では
、約１７２度の水平口径が達成され、かつ約１／４度の
垂直口径が達成された。全体の厚さは約五〇　４８ａ＋
である。系は、初期レーザ・パワーの約［ＬＯ２＊’に
集めるため、３Ｍ社によって作られた、最低効率である
が容易に入手可能な、被覆された逆反射テープ（３Ｍ−
７９２２）？使用する仁とができる。

本発明の実施例において、矢線ロケーションのｘ−ｙ座
４１１は、検知及び前置増幅の一般的機能によって、デ
ータ処理と両立可能な信号へ電子的に変換され、データ
地理の論理信号レベルへ変換式れ、タイミングを合せら
れ、ディジタル数へ変換される。

検知及び前置機能において、飼えば次のような仕様が使
用される。完全走査の持続時間は約２ミリ秒（ｍｓ）で
ある。１ｍｍはそれぞれの仮想走査センタへ使用される
。この時間中、（１３ｍｍの直径會有するビームは、約
３００　ｍｍの横断距離を掃引する。従って、上昇及び
下降時間は、２マイクロ秒のオーダである。光検知器及
び増幅器の連鎖は、中庸の広帯域効率を有するとともに
、合理的な低スペクトル雑音濃度會有しなければならな
い。これらの仕様ｉ満足させるユニットは、第７図に水
爆れるように、電流フィードバック・モードで接続され
た低雑音ワンチップ作動増幅器全駆動嘔せるｇＧ＆Ｇモ
デル５Ｄ−１００フオトダイオードである。

ここで第７図を参照すると、小さなレンズ１６はリター
ン元を集め、それを負電圧及び大地の間に接続されたフ
ォトダイオード１７へ集光する。

光電流は次のように見積ることができる。α５マイクロ
・ワット＜ｒ、）レーザ・ノくワーの約αａ２−が検知
器へ戻されるものと仮定する。これは約ａ　１　ｍｙで
ある。フォトダイオード１７はレーザ波長で約ａ２アン
プ／ワットの感ｔｔ−有し、従って約α０２マイクロ・
アンプの信号Ｔ１１ｃｆｉＬが存在する。増幅器５４の
出力では、電圧信号対雑音比は１００：１’に超える。

もつとも、これはビーズ會使用し友逆反射ス）　ＩＪツ
ブ１３及び１５から生じる微粒子構成によって幾分低く
される。信号を論理回路の切換雑音によって損わないよ
うにするため、適当なシールド及び接地手法が必要であ
る。

成る場合には、周囲光から雑音を除去するため、光検知
器の前面に干渉フィルタ【置くことが望ましい。

ここで再び第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図會参照すると
、走査が二面−１８から二面鏡１９ヘシフトする時、ビ
ームは直接に検知器へ戻されることが注目される。第７
図の増幅器６４は飽和状態へ駆動嘔れ、これ社長い回復
時間ｔ−要する。ダイオード・リミッタが設けられる。

正常範囲にある信号電流のために、合理的にリニヤの転
送関数を与えるため、いくつかのダイオード３５Ａ、３
５Ｂ。

３５Ｃ，３５Ｄが大きな抵抗５６ｔ″横切って直列状態
で使用される。

論理レベル信号への変換機能においては、次のような考
慮を払わなければならない。通常の尖筆は、小さなＮ［
径のレーザ・ビームを完全に妨害するのに十分な大きさ
を有し、クリーンな縁Ｓｔ−有する殆んど長方形のパル
スを発生する。大きな信号対雑音比は、各パルスの前縁
及び後縁を濾波することなく直接に検出すること金可能
にする。しかし、直流（ＤＣ）ドリフｌ除去するため、
何らかの努力奮しなけ１＋ばなら々い。

ここで第８図上参照すると、そこには追加的利得會得る
ため、プリアンプ信号が増幅器５７へ送られる回路が示
される。増幅器３７への入力はキャパシタ５８１ｆ通る
。キャパシタ３８は、光検知器の−Ｌ−り電流などから
生じる遅いＤＣドリフトを妨害する。走査ビームが逆反
射器を外れた時点で、増幅器５７の出力全サンプルする
ことによシ、真のゼロが得られる。この構成は、通常の
ビデオ・カメラで使用さｆ＋るものと同じである。サン
プリングは通常のサンプル兼保持回路３９によって実行
される。回路３９の出力は増幅器３７への入力と結合さ
れるが、インピーダンス４０及び４１の絶縁が使用され
る。こねによって、ゼロ出力電流が確実にゼロ信号電流
に対応することとガる。

増幅器３７からの出力信号は電圧比較器４２へ送られる
。電圧比較器４２の出力は、パルスが存在する時、論理
レベル０と論理レベ６１との間で切替えられる。第８図
の回路において、比較レベルはポテンショメータ４３ｔ
′使用して、手動作でセットされる。しかし、アクチブ
領域の外側に置かれた逆反射器からのリターン信号をサ
ンプルすることによって、自動釣に得ることもできる。

次に第９Ａ図、５４４９８図、９９０図を参照すると、
そこには信号レベルが示される。第９Ａ図は尖筆が不在
の時の信号を示す。トレースの中央付近の攪乱は、ビー
ムが二面鏡の間のギャップを横切って走査する時（起る
。信号レベルの全体的変化は、走査鏡及び逆反射ス）　
ＩＪツブにおける入射角変動の効果によってリターン・
ビームがぼかされることから生じる。第９Ｂ図は、尖筆
が存在する時の信号を示す。第９Ｃ図は、ブランキング
信号でゲート式ねた後の、第８図に示される回路の出力
會示す。

維持されねはならない成るタイミング関数が存４在する
。２つの縁部（Ｒ１」ち、各パルスの前縁及び後縁）の
発生時間を表わすディジタル数を形成する回路が設けら
れている。この回路は、最終的分析のために上記ディジ
タル数全コンピュータへ送る。尖龜位置は三角側蓋によ
って得られるから、角度１ｒ測足する時、精度が要求さ
れる。コスト會顧慮しなければ、精度軸エンコーダをモ
ータに取付けることができる。もつと費用のかからない
代替的方法は、大きな光学レバー・アー五會、走査され
たレーザ・ビームと組合せる回路で実現される。

ここで再び第３Ａ図、第！ＩＢ図、第５Ｃ図を参照する
と、２つのフォト・トランジスタ２２及び２６が、ス）
　ＩＪツブ１５及び１３の端部に取付けられて匹る。レ
ーザ・ビームは、それがストリップ１３食走査し始める
直前にフォト・トランジスタ２３に衝突し、それがスト
リップ１ｓｔ−離れた直後にフォト・トランジスタ２２
に衝突する。フォト・トランジスタ２２及び２３Ｆｉ、
系の幾何学的構成に対して固定関係を有する基準タイミ
ング・マーカを与える。仮想源からの大きな光学レバー
・アームによって、簡単な光検知器全使用することがで
き、しかもこれは正確なタイミング・マーカを与える。

ここで第１０図全参照すると、そこＫはタイミング回路
のガが示される。電圧制御発振器（ｖＣＯ）４４ｉｊ、
これらマーカの間で固定した数のクロック・パルスを与
えるように同期化される。各パルスは正確な角度増分に
対応している。ｖ００４４はフォト・トランジスタ２５
からのパルスによって開始逼れ、その出力は、５個の４
ビツト・カウンタ４５．４６．４７ｔ−直列に接続した
１２ビツト・カウンタによって計数される。発振器社約
１／２マイクロ秒の期間ｔ″有し、これは測足の最終レ
ゾル−ジョンを決定する。１２ビツト・カウンタは、４
０．９６のカウントに達した後にパルス奮発生する。そ
の発生時間は、標準的ディジタル位相検知回路４９の中
で、フォト・トランジスタ２２から来たパルスの発生時
間と比較される。

もしそれらが相異していれば、保持回路５０に介して、
訂正電圧がＶＣＯ４４へ印加される。この構成は位相ロ
ック・ルー　プと類似しているが、個別的時間間隔での
み誤差がサンプルされかつ訂正される点が異なる。若干
の走査器回転の後にループが平衝に達すると、フォト・
トランジスタ２３と２２から生じたパルスの間には、正
確に４０９６個のパルスが存在する。かくて、走査器の
約９０°の角度範囲は、４０９６個の等しい増分へ分割
される。これらの増分は、モータの速度及び駆動軸に関
する鍵の位置から独立しており、かつ入来レーザ・ビー
ムの配列から殆んど独立している。

更に、発振器４４は良好な短期間の安定性を有するだけ
でよい。第１０図の（ロ）路は安価な集積回路のみｔ使
用する。フォト・トランジスタ２２及び２３は、メイン
の信号増幅器からデータ・ストリームへコード化パルス
・パターンを導入すルヨウに配列された、逆反射テープ
より成る小さな垂直方向ストリップによって置換されて
よい。これらのパルス・パターンは、タイミング・サー
ボ・ループ會駆動するために検出１″１かつ使用される
。

最後の機能はディジタル数へ変換することである。完全
なデータのセットは、各パルスの前縁及び後縁を表わす
４個のディジタル数より成る。これらは、関連する縁部
分が発生した時、第１０図の１２ビツト・カウンタの値
會配憶することによって得られる０次にデータ値は、幾
何学的計算【実行する前に、各パルスの中心を計算する
処還段階へ送られる。第９ム図及び＃！９Ｂｂ！Ｊｔ−
参照すると、関連する角度範囲の検出を区切るため、い
くつかのブランキング・パルスが必要であることがわか
る。更に、第８図の増幅器５７のためにサンプル兼保持
回路５９′に能動化するため、ゲート信号が必要であり
、「データ準備完了」信号音開始しかつ終了する事力ζ
必要である。これらの信号は、２道カクンタ會デコード
することによって得られる。４ピツト・カウンタ４８は
、必要なパルスの成るものが、１２ビツト・カウンタに
よって限定される測定時間間隔の外−で生じるので必要
となる。更に、唯２つだけのパルスが検出される成功し
た尖筆検知上水す信号が得られる。次に、結果の信号デ
ータは、標準の１６ビツト入力ボート鵞介して接続され
た適当なコンピュータ（例えば、ＩＢＭシリーズ／１ミ
ニコンピユータ）で処理される。当業者の助けとなるよ
うに、ＩＢＭシリーズ１上で動作を実行するためのンフ
トウエア命令が、いくつかのサブルーチンに含まれる。

ｘ−１計算＃′ｉ１つのサブルーチンで実行され、保持
、表示、及び消去能力は他のサブルーチンで実行される
。

当業者にとって、本発明が大きなアプリケーションの１
８６に占める場合、サブルーチンの中に設足芒れた原理
は、他のプログラムによって呼出されてよいことがわか
る。

サブルーチンは尖筆のＸ及びｙ座ａｔ戻丁。本発明の装
置ｆは、プログラムの甲では「タブレット」と呼ばれる
。サブルーチンは、次の一般的機能會実行する３つの部
分よプ成る。

（１）データ獲得。このルーチンはコンピュータ・ハー
ドウェア及びインターフェイス回路に対して高度に特定
されたものである。それは尖筆パルスの縁部分を表わす
４個のディジタル数ｉ主記憶装置へ転送する。次いで各
パルスの左方及び右方の縁部は、パルス中心の予測値を
得るため平均化される。

（２）角度変換。前述したように、座標は２つの角度ム
　及びム　について計算されてよい。これらＸツ の角度は、パルス中心１表わすディジタル数Ｎ！及びＮ
　に比例する。従って角度は、等式１７及び１８に示さ
れるように表わ？れてよい。

等式１７　　ム　　＝Ｃ１＋Ｃ２Ｎ！ 等式１８　　人　　＝Ｃ、十Ｃ４Ｎア 定数Ｃ−−Ｃ４Ｆｉフオト・トランジスタ２２及び２５
のロケーションに依存する。これらは、系が最初に組立
てられ九時、単純な較正手順により得られる。それらの
値は単精に浮動小数点数として得られ、サブルーチンが
最初に記憶装置ヘロードされた時に記憶されかつ検索さ
れる。その後、整数Ｎ　及びＮ　は浮動小数点表Ｘ　　
　　　　　　’１ 現へ変換され、ム　、ム　が等式１７及び１８！　　　
　ｙ から浮動小数点数として得られる。

（３）尖筆座標。これらは等式３及び４１ｒ使用して計
算される。タンジェント関数は、標準的数値近似法を使
用して評価される。全ての計算は、２４ビツトの２過小
数部を有する単精度浮動小数点演算上使用してな嘔れる
。Ｓの値は、領域の大きさ會直接測定することによって
得られる。

サブルーチンの各々は、機能ステートメンｌ有する。本
発明に従う手動作からデータ処理へのインターフェイス
機構は、タブレットと呼ばれる。

通信機能を目的として確保された動作表面領域は、ソフ
ト・キーと呼ばれる。もし尖筆がソフト・キー領域の１
つで検出されると、それは有効なＸ−ｙ座ｍｔｖしない
ものとして認識される。プログラムはＸＹ、ＧＦＪＴＸ
Ｙ、ＴＡＮ及びＲＥＡＤＸＹと呼ばれる４個のサブルー
チンを含み、次のように動作する。

ＸＹはタブレットから生のデータを読取る。数値は、基
本的には、タイミング・マークに関して西が検知された
時間である。ＧＥＴＸＹは先ずこれらの時間を角度へ変
換し、！−Ｆ座ａを計算するため三角糊量計算を実行す
る。ＴＡＮはこの計算のためにタンジェント會計算する
。このようにして計算されたＸ−７座標は、七のｙ４ｔ
−走査鏡のところに有している。走査鏡は実際のタブレ
ットの外側にある。これらのプログラムは、説明した特
定のタブレットに使用される完全に％殊のものであ）、
他の装置が使用される場合には、全面的に変更されねば
ならない。

ＲＥＡＤＸＹｉｌｔＧＥＴＸＹからｘ　−ｙ＊ｔ−＊Ｉ
。

ｘ＝ｏ、ｙ＝ｏが実際のタブレットの左下方コーナーに
対応するように、それらの値ｔｉ＃ｌｉ整する。

次にＲＥＡＤＸＹはそれらの値がタブレットの主たる部
分にあるか、又はソフト・キーに対応する端部にあるか
を調べるため検査する。

更にサブルーチンは保持、表示、及び消去能力【与える
ステップを含む。

説明されている例示の系は、各種の直径及びチップ形状
１有する尖筆と共に使用された時、約α０２５４ｍの正
確性上水す。これらの尖筆としてけ鉛蓋、ユーザの人差
し指、２．５４５１１から１０．１６ｃｓｒまでの直径
を有するディスクなどが使用された。典型的なユーザは
、その指？用いて約Ｑ、１２７ｔｘｔの正確性で地点全
選択することができる。もつとも、この場合、指が表面
に接近した時、実際の接触地点會見ることはできない。

上記の事実は、装置が大きな直径の指の中心全正確に発
見することができる能力を示す。第４図に示すように、
系がユーザとディスプレイとの間の光学通路におかれ、
直接の可視フィードバックが可能である場合、大きなレ
ゾル−ジョンが達成される。

小芒なチップ會有する尖筆が使用される時、約αａ２５
４αの正確度で可視フィードバックなしに、地点を入れ
ることができる。尖筆は表面と垂直に保持されるべきで
ある。

他方、地点全入第１るため、簡単な十字線を有する円形
の光学コンパレータ會表面上に設置することができる。

本発明は、若干の人間的要素の考慮全必要とする。光学
系は、表面上−小さな距離だけ離れた尖筆位Ｉｌを感知
すみ。その結果、そｆ′Ｌは尖筆の傾き會適当（感知す
ることができる。これは、もし光学系が、既に入れられ
たデータの表示を介する直接的可視フィードバックを伴
わないで動作されると正確性を低下させる。そのような
フィードバックが与えられた時、ニーｆは、所望の方向
に指又は尖筆會少しだけ動かすことＫよって、非常に正
確な調節を容易に遂行することができる。

本発ＢＡｔ−使用した検知方法は、表歯止の全ての物体
音感知し、その結果、動作中に平管表面上で静止させて
はなら表い。物差し又は雲形定規のよう表作図の補助手
段は、一方・の手で支えることはできないスン・ら、表
面上に接するように配置しなければならない。更に、特
別な形の尖筆、又は、動作領域表面上Ｋｔかねた２本の
指の方向を検知することが可能である。そのような情報
社、多くの態様で（？ｌＪえば、方向情報及び位置情＠
を入力するため）使用することができる。前述した様に
一シスデムは鉛筆状の尖魅の幅又は消去器端部上決定す
ることができ、それＫよって厚い端部又は消去器ｔ１細
線のために使用することができる。

これまで説明したようか能力ｉ有するシステムハ、更に
オペレータとデータ・プロセッサとの間の相互作用活動
に対して適合可能である。゛システムへ特定の機能を実
行はせるため、尖１１１によって接触させることのでき
るソフトウェア限定領域を表面上に設けることによって
、設計が容易になる。

ビープ音のような聴覚信号全使用することＫよって、有
用なフィードバックを得ることができる。

動作領域の機能指示領域は、名称ソフト・キー１有して
いる。そのようなキーの使用法１［明すると、先ず線の
終端地点を入れる場合を考えてみるとよい。「ライン」
のラベルを付されたソフト・キーが量初に触れらねる。

システムは、キー検出を示すため、と−プ音で応答する
。第１の終端地点が触れられて、直ちにスクリーン上に
トラッキング・モードて表示される。指か挙げられた後
、「エンター」のラベルがあるキーが触れられるまで、
終端地点は表示されたままである。エンター・キーが触
れられると、システムは再びビープ音奮発する。第２の
終端地点が同じようたして入れられると、システムは線
會描くことによって応答１与える。

終端地点は、他方の手で動作される一ブツシュボタンに
よっても入れることができる。

本発明の原理を異種の装置に適用した場合に高い正確度
の能力全実現させるため、典型的誤差源について、以下
のような分析を進めてみる。

１つの誤差源は、座標の精度の間亀である。正確性の度
合いけ、以下の説明かられかるであろう。

−辺が８／２の平方領域において（ここで、８８＝８−
８とする）、等式１及び２は次の等式１９及び２０のよ
うに表現することができる。

（以下余白） １１１ Ｘ　　　　　　　　　　　ト ）口 Ｆへ 大きな誤差源は、角ＲＡ　　及びＡ　の測定過程Ｘ　　
　　　　　７ で生じる。等式１９及び２０は、十分の数値精度で評価
されるものとする。Ｘ及びＹＫおける誤差は、角ＹＫ関
して等式１９及び２０Ｑ微分することによって見積るこ
とができる。−ム會角度誤差の絶対値と仮定し、Ｊｘ及
び−Ｙｉ結果の座標誤差と仮定する。すると、 （以下余白） ！−Ｃ１ これらはもしム　及びム　の双方がｔ／４になｘ　　　
　　　　ｙ れば、走査＊ａ本質的に平行となるので発散する。

従って、この領竣から尖筆を制限することが必要である
。概して、正方形又は長方形の表面が望ましい。−辺が
８／２の大きな正方形の内ｗｓｔｃ、　−辺がムの正方
形である動作領域が、１つのコーナ一部分を走査器のと
ころに配置されているものと仮定する（第３ム図）。こ
の構成によれば、幅Ｗ−（８／２）−Ａの使用できない
縁Ｓが生じる。

最大の誤差は、ム　及びム　がｔ　／　４になる最もｘ
　　　　　　　ｙ 近いコーナ一部分で生じる。このコーナーでは次式が成
立する。

これｔ等式２１及び２２へ代入し、先頭の項を残しつつ
小さなパラメータ２Ｗ／８で拡張すると、誤差は等式２
４のように表わせる。

位置誤差は、１人ラジアンについて約２５４δλαであ
る。第１０図に関連して説明した測定方法によれば、そ
れぞれの角［′５ｒ１１ビット（２０４８）の１部でデ
ィジタル的に測定することかできる。Ａ　及びＡ　の範
囲は約（１４ラジアンであＸ　　　　　　　　７ るから、量子化誤差は０．４７２０４８ラジアン（又は
約０．２ミｌＪラジアン（ｍｒ））の角度不確定を生じ
る。かくて、約２．５４Ｘ１０−２５１のランダムな誤
差が予想される。

多面走査鏡全使用したことによって、光源の動作に起因
する第２種の誤差が存在する。この誤差全考慮するに肖
って、多面鏡の縁部は、（ロ）転軸からＲの距離だけ離
れて置かれているものと仮定する。偏光ビームは、入射
光が面と突当った地点で生じるように現われる。この地
点は、多面鏡が回転するに従って、入射ビームの方向に
沿って少し移動する。ビームに沿った変位δＲは、回転
角ム１を使用して容易に計算することができる。便宜上
、この角ｆＦｉ、面が入射ビームに垂直である時ゼロで
あるとすると、次式を得る。

等式２５　　　ＪＲ＝　Ｒ（１−１２＠Ｉ（Ａ　））こ
の動作は、次の等式２６及び２７’ｉ介して、χ軌及び
Ｙ軸へ沿った動作へ変換することができる。

等式２６　　　ＪＸ　＝　Ｒ（１−ｅｖｅ（Ａ　））ｇ
ａｓ（ｇ／４）虐 等式２７　　δＹ　ｍ　Ｒ（１−ａ＠ｓ（ム））ｓｌｎ
（ｇ／す従って、とり上げた特定の例では、距離Ｒは約
α６３５５１である。走査中のム　の最大値は２０謬 度より幾分小さく、かくてＸ及びＹにおける変動は約α
０１２７ａＩＩである。

尖龜の位置の正確な座標會設定した後、データを正確に
入れるため、座標値が選択される地点を設定することが
更に必要となる。

概して手動作はとっぴであった９、「ハネカエリ」音生
じたり、予想された動作音とりやすい。

位置づけの精度が増大するにつれて、これらの理由によ
って生じた誤差を補償すらことが必要と表る。

本発明に基く解決法は、エントリイについて具体的慶決
定を行う前の成る時点で、データ履歴を使用して具体的
座標全決定することである。これは、座標ファイルを作
って新しい座標が加えられた時に東、も古い座標金線く
ようにし、予想される動作音考慮して早い時点で座標フ
ァイルから座標全選択することによってなされる。

動作領域表面から尖筆ｔ−けなす動作は、優れたデータ
・エントリイ型の信号となる。しかし、克服すべきいく
つかの実際的一点がある。先ず第１に、終りの方のいく
つかの測定された地点は、誤差を有するか４知れない。

誤差の量は尖筆のデザインの詳細及びユーザの技術に依
在する。第２に、尖筆が早く動かされると、それＦ１表
表面積切ってスキップし、癒傷の除去信号音生じるかも
知れない。最後に、筋肉の予想される動作は、大切な時
点で尖筆の位ａｔｔ−乱すかも知れない。

本発明は、ユーザが矢線金離そうと意思決定する少し前
に、そｔ′Ｉｔ−正しい位置に保持していた屯のと想定
する。本発明においては、座標値の短い履歴ファイルが
維持され、「ハネカエリ」全適合化しつつ尖筆の離昇會
検知し、最終地点を決定するため、履歴ファイル中のデ
ータを使用する。

本発明に従う手動作／データ処理インターフェイス機構
において、上記の動作は、第１図から第１０図まで會参
照して説明した装置によって実行される。これらの図面
Ｋｋｉ指又は尖筆、及びｘｌｙの座標値が示されている
。更に、循環スタック又はリング・バッファと呼ばれる
メモリ・エレメント中にＸ−Ｙデータを記憶するサブル
ーチンが使用され、前の座標値會選択することができる
。

循環スタック又社リング・バッファ型のメモリ・エレメ
ントを使用する場合、スタックが一杯になるまてデータ
が順次に加えられ、スタックが一杯になると、新しい座
標データが始めの部分に加えられて、最も古いデータと
入替る。その結果、最後のＮ個の読取値を含むレコード
が維持される。

ここでＮ４ｄスタツクの長さである。

仁こで第１２９會参照すると、解決すべき間組点の性質
を示す図が示される。即ち、この図は、特定の地点を指
示するため、手で動かされる尖筆がオペレータによって
動作領域表面から上げられる場合に起る。一連の上昇及
び下降順序上水す。

それぞわのドツト＃ｉ１つのサンプ１）ング地点を表わ
す。セクションムにおいて、尖筆は初めて接触し、２度
ハネカエリを生じている。セクションＢにおいて、尖筆
が動かされた時３回のハネカエリ（読取りのミス）ｔ−
生じ、次いで接触が再び生じている。セクションＣにお
いて、尖筆が動かされた時もう１回のハネカエリが生じ
ている。典型的形式のハネカエリの直前又は直後に選択
された座ｌ１ｉＦｉ、誤っている可能性が大きいこと＃
′ｉ明らかである。従って有効な手順としては、セクシ
ョンＤの如く明瞭な接触表示がおった時に測定された座
標のみ會、最終的処理のために選択すべきである。

第１３図は、データ・エントリイ地点選択手順の簡単な
流れ図を示す。５つの位相が存在する。

第１３図のアルゴリズム又は手順の主たる部分は、ＲＥ
ＡＤＸＹと呼ばれるサブルーチンを介して座標データが
送られるループを含む。このループは、標準シーケンス
が検知されるまで走る。標準シーケンスは、最初の安定
した「尖籠下降伏態」、最初の「接触喪失状態」最後の
安定した「尖筆上昇状態」を含む。このループを通る度
に、１回の読取りが行われ、次いで処理のため５つの位
相サブルーチンの１つがとられる。サブルーチンの選択
は、モードと呼ばれる変数の値によって決定される。こ
の変数は１の初期値１有し、次いで適宜にサブルーチン
によって修正される。

ｔ８１４図の位相１サブルーチンは、尖筆の最初の安定
した状１１！ｖ探索する。それは、尖筆下降表示信号の
数ＮＤＱ計赦し、ｘ−ｙ座Ｓｔ−スタックし、次いで予
めセットされた数Ｎ１に達するまでメイン・ループへ戻
ることによって、上記の探索を実行する。Ｎ１は、スタ
ック會所望の深さに満たすのに十分の要式で選択されね
ばならない。もし尖筆上昇表示信号が最初に得られれば
、ＮＤはゼロへリセットされる。これによって、一連の
ハネカエリが生じても、ＮＤＦｉＮＩＫ達しないことが
保証される。ＮＤがＮ１に達した時、位相１け終了する
。そわけ、メイン・ループへ戻る前に５モードを２ヘセ
ツトすることＫよってなされる。

同時に、ＮＤけ、稜の使用のため、ゼロへリセットされ
る。

ここで、アルゴリズムは、データのスタックを継続しつ
つ、安定した尖筆上昇表示信号を探索しなければならな
い。主たる問題点は、尖蔽または指のハネカエリを処理
するときに生じる。このようなハネカエリは、位置づけ
または離昇り段階で起る。％＆ｌやまったデータをスタ
ックすることは望ましくない。このようなあやまったデ
ータは、いくつかのノ・ネカエリが生じた後しばらくし
て、ユーザが尖筆または指な除去した場合に、プロット
された最終地点に影響をおよぼす。このような状況は、
最初の尖筆上昇表示信号が生じた後、スクッキングを打
切る事によって避けられる。しかし、この打切りが不確
定的に続くことは許されない。ユーザが尖筆を動かすと
、スタック中のデータは古くなってしまうからである。

位相１に続く最初の尖筆上昇表示信号の後、許容される
事象のシーケンスに対して制限が課される。実際ＫＦｉ
、最終的測定値の正確度を危くするよりも、検知プロセ
スを長くする。このアルゴリズムは、それぞれ＃１１５
図及び第１６図に水爆れる位相２及び位相５サブルーチ
ンによって実行される。ｆ４１５図の位相２サブルーチ
ンは、データのスタック會継続しつつ、最初の尖筆上昇
表示信号會待機する。次いでサブターチン灯、モード変
数會３へ変更し、尖筆上昇カウンタＮＵｔ−ｊへセット
する。位相２サブルーチンはＮＤの値會変更しないこと
に注意されたい。ＮＤｌｉゼロのままである。

第１６図の位相３サブルーチンは、所定の値Ｎ３に達す
るまで、ＮＵｖ増加づせることによって最後の安定した
尖筆上昇表示信号を探索する。Ｎ３に達すると、このサ
ブルーチンは、リターンする前にモード変数を４へ変え
る。１ｍ１５図のメイン・プログラムＦｉ仁れを成功し
た検知シーケンスと解釈し、ループは最終的に終了する
。一連のハネカエリによってＮＵがＮ５に達する可能性
を除くため、尖筆上昇表示信号が生じる度に、ＮＵＦｉ
ゼロへリセットされる。

同時ＫＮＤが増加される。ＮＤが所定の値Ｎ２を超過す
ると、全体のアルゴリズムが再び開始される。Ｎ２を超
過したことは、ユーザが方針を変えたか、突発的ハネカ
エリが生じたことｔ示す。

再開始は、ＮＵ及びＮＤＱゼロへリセットし、モードを
１へ大ソトすることによって達成嘔わる。

これは、スタック中のデータが陳腐になることを防止す
る。最悪の場合、アルゴリズムは最初の尖筆上昇表示信
号の後でＮ個のサンプル七とって再開始する。ここでＮ
ＦｉＮ２×Ｎ５である。

検知ループが終った時、いくつかのＸ　−Ｙ［Ｎａはス
タックから除かれ、畢終座Ｉ１１を得るため平均化され
る。これらの最終座１ｆａは、離昇過程の影響を除くた
め、スタック中で成る距離だけさかのぼってとられる。

最適の変位Ｎｏ（即ち、最後のレコード地点からのバッ
クアップ距離）、Ｎ１及びパラメータＮ１−Ｎ５Ｆｉ、
尖筆検知機構の正確性と信頼性、及び成る程度までユー
ザーが装＊１−働かす場合の方法に依存する。時間的見
地からみれば、大部分のユーザの予想される反応時間に
適合するため、α３秒が、良好な時間と言える。

更にアルゴリズムの説明１続けると、第１７Ａ図、ａ’
１１７　Ｂ図、第１７Ｃ図には尖筆信号のいくつかの可
能なシーケンスが示される。小さ彦円はサンプリング時
間を示す。矢印は、新しい位相の始まり、古い位相への
戻り、最終座標の発生時間上水す。Ｎ１−５、Ｎ２＝５
、Ｎ５＝５と仮定し、かつバックアップ距離れ２サンプ
リング時間とする。２つの地点が、平均化の友めに選択
される。

第１７Ａ図Ｆｉ理想的シーケンスを示し、第１７Ｂ図社
、最初の位置づけ及び最後の離昇時にのみハネカエリが
生じた、理′ｌＢＫ近いシーケンスを示す。

第１７０図は、ハネカエリによってシーケンスの中断を
生じ、再開始されるに至ったシーケンス１示す。

パラメータＮ１−Ｎ３、変位距＠Ｎ・及び平均化される
べき地点の数Ｎｍは、良好なパ７オーマンスを得るため
実験的に決定さｈねげなＣ１ない。

ここで守るべき１つの制約がある。十分表データで最終
的平均値１得るため、スタックは、スクッキングが打切
られる前に、少なくとも（Ｎｏ＋Ｎａ）個のデータ座標
値を保持しておかなければなら々い。しかし、これだけ
の座標値が記憶さｈていれば、最初の尖筆下降表示信号
に続く最初のデータ地点け、最終的平均に含ませてよい
。この地点は、前述したように誤っているかも知れない
。この可能性は、Ｎ　１　＞　Ｎ　ｏ　＋　Ｎ　ａにな
るようにＮ１會選択することによって避けられＺｏここ
で注意すべｌｊ’　ｈ　、Ｎ　ｏがゼロより大きい限り
、尖筆上昇表示信号の直前に測定されたデータ地点社、
自動釣に拒絶されることである。

上記の制約に加えて、迅速な応答時間を達成するため、
パラメータはできるだけ小さく選択されるべきである。

もし装置が虚偽の上昇及び／又は下降表示信号音頻繁に
発生するようであれば、信頼性のある勉作？確保するた
め、パラメータＮ１−Ｎ３の値を大きくする必要がある
。同ＩＩに％　Ｎ　’ａ　’【大きくすることは装置の
正確性會改善するが、ランダムかつ大きな誤差１生じる
。尖筆の検知が表面の上方で実行されるアプリケーショ
ンでは、Ｎｏ會大きくする仁とが必要であるかも知れな
い。

これは、指が尖筆であって、ユーザがその指を緩慢に動
かす傾向がある時に必要となる。

第１３図から第１６図までのアルゴリズム社、ストレー
ジ・ディスプレイｉ装着したＩＢＭシリーズ１コンピュ
ータの上で実行されてよい。このアルゴリズムを実際に
プロ 場合、コンピュータが２音階可聴音を制御するよう和し
て４よい。これによって、ユーザは検知過程の重要なス
テップでフィードバック信号を得ることができる６位相
１會離れる時、また最終地点がプロット嘔れる時には高
ピツチのビープ音が発生され、位相１が再開始逼れねば
ならない時、低ピツチのビープ音が発生される。

更に、動作領域表面の他のソフト・キー領域（岡えばシ
ンク・キー）が利用されてよい。この領域に触れると、
ユーザは尖筆を離昇嘔せる前に、それ會動かすこと罠よ
って入カステップｔキャンセルすることができる。こね
は、欲しない地点を入れ、後に第２のステップ金倉して
その効果を取消したい時に使用できる。

更にプログラムの１１３の改良として、いくつかの地点
全平均して最終座標を得ることの外に、ｒｍｓ散乱を計
算して、屯しそれが過度であれば（例えば、正常値の３
倍より大きい場合）、何のアクションもとらないように
する仁とができる。これは、尖筆が動かされている時に
とられた地点を効果的に拒絶し、明らかな雑音測定値管
廃棄する。１１１定値が廃棄されると、低ピツチのビー
プ音がフィードバック信号として発生される。ｗ、１５
図乃至第１６図の手法は、本発明のインターフェイス機
構で使用されるが、その概念は、全く異った環境にも適
用することができる。１つの例として、案内制御装置と
トリガ機構を組合せる場合がある。他の例として、ワイ
ヤ接Ｎ機械のような製造装置の位置づけがある。この場
合、先ず人間の眼及び接着工具の制御の下で半導体チッ
プ會位置づけ、次いで実際の接着が実行される。このよ
う表動作は、チップ又は案内制御装置の座標ファイル管
維持し、最終的なマニュアル信号の後であって実際のス
テップを実行する前に、コンピュータ制御の下で再位置
づけを行うことによって改善することができる。このよ
うな方法によりば、実際の接着動作が最終的アライメン
ト會攪乱することはない。また、これは先ず全ての訂正
された接着座標會オペレータによって入力させるととも
にそれｔ記憶させ、次いで第２のステップとして全ての
接着動作を実行することによって４達成できる。

角速度又は角加速度変換器及びトルク機構を装着したラ
イフルのような武器の場合、引き金を引く前に、本発明
に従って、２次元角加速度測定僅の）短いシーケンスが
記憶される。引き金が引かれると、それによって生じた
障害は、銃か電気的にファイヤされる前にトルク機構に
よって除去される。

本発明を実施するための最適モード 本発明全使用した光学系が第１１ム図及び第１１Ｂ図に
示されるが、これらの図において二面鏡は第２の走査器
を加えることＫよって除かれている。

サイズが大きくなるにつれて、十分に固い装荷フレーム
會使用することが困ｌ１１１になるとともに、その費用
が増大し、かつ全体の領域にわたって、参照表面の上方
及び下方でビームの平行を保証するための調節にかなり
の注意力を喪することがわかった。

第１１ム図及び第１１Ｂ図に示された光学系の場合、２
個の走査器を対抗する端部に取付けることによって、精
密なビーム処理が可能となる。七のような構成物は、動
作表面領域の１つの縁部に沿って取付けられ、残りの５
つの清面は逆反射テープを取付けられる。テープは、走
査器に関して良好に整列している必要はない。ζつとも
、棒によって限定された走査平面は、所望の動作領域宍
面に関して整列されていなけわばならない。２つの走査
鏡が必要であるが、もし回転する鏡が適当に位相を合せ
られるならば、単一のレーず及び／又は光検知器チャネ
、Ａ−【使用することができる。

この構成によれば、ビームは単一平面に局限されること
になるので、尖筆が検知表面の下を通過するビーム會中
断しないように参照表面を設ける必要がなくなる。この
構成は、投影型大型ディスプレイの前面で使用するのＫ
ｌｌ！ｌに適している。

第１１１図及び第１１Ｂ図【参照すると、前述した説明
から明らかなように、２つの同じような走査器６０Ａ及
び６０Ｂが、確足した距離だけ離されて、支持体（棒）
６１の上に取付けられる。

左方の走査器６０ムは、第１１Ｂ図に示されている。そ
こでは、光源１０が走査器１２によって掃引されるビー
ムを与える。動作領域は１４５１図、第３Ｂ図、謝３０
図の逆反射ストリップ１３及び１５に類似したストリッ
プによって囲まれている。

即ち、３つの側面を覆っている。ストリップは、光の入
射角葡改善するため、曲げられてよ込。反射光は、破線
によって示されるように、ビームに沿って走査器１２へ
戻り、スプリット収斂レンズ６２及び収斂レンズ６３會
介してセンサ６４へ達する。

鏡は、表面を走査する前に光音直接に検知器レンズへ反
射するので、スタート・パルスは容易に検知器から得ら
れる。尖筆座ｉＩＩは各走査器からの角度及び走査器の
既知の分離距離Ｓ′ｆｒ使用して、簡単な三角測量計算
１：を実行することにより得ることができる。従って、
屯し走査器によって測定式れ友角度がム１及びＡ２であ
れば、尖筆のＸ及びＹ座ａｈ等式２８及び２９によって
求められる。

ｌＩ　　　　　　　　　　　日 Ｘ　　　　　　　　　　− Ｇ）　　　　　　　　　　　　　　＞ ヘ　　　　　　　　　　　　　　　ヘ これまで説明した手動作とデータ処理間のインターフェ
イス機構は、手動作指示器の正確なロケーション全光学
的に決定するとともに、手動作で横切られたロケーショ
ンのいずれが、所望された特定の動作ｒ＊わ丁略のであ
るかｔ決定することができる能力を有する。本発明は、
先行技術で可能であったよりも高い正確性及び大きい柔
軟性を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う光学系の単純化された図、第２図
は光検知器電流と時間の関係を示すグラフ、第３Ａ図、
第３Ｂ図、第３Ｃ図は本発明に従う光学系の正面及び２
つの側面を示す図、第３Ｄ図は第６Ａ図、第１１ｆｉ禽
３ｃ図の光学系に於て指示器のためにｘ　−ｙｊ！！襟
の設足を示す幾何学的配置図、第４図は運動保持（保留
）力を有するディスプレイの図、第５Ａ図、第５Ｂ図、
第５Ｃ図は本発明における保持（保留）、表示、及び消
去の特性を示す図、第６Ａ図及び第６Ｂ図は逆反射材料
の特性を示すグラフ、第７図は検知器及びプリアンプ回
路の例を示す図、第８図は論理レベル変換回路の例を示
す図、第９Ａ図、第９Ｂ図、第９ｃ図はアナログ信号レ
ベル及びディジタル信号レベルと時間の関係金示す図、
第１０図はタインング囲路の例ケ示す図、第１１Ａ図及
び第１１Ｂ図は本発明に従う光学系上水す図、第１２図
は尖端と表面の接触を示す略図、第１３図はデータ・エ
ントリイ地点選択手順【示す流れ図、第１４図は尖筆降
下段階を示す流れ図、第１５図は最初の接触喪失段階を
示す流れ図、第１６図は尖筆上昇段階を示す流れ図、＠
１７Ａ図、第１７Ｂ図、算１７Ｃ図は種々の尖筆接触状
１Ｉｔ−伴うエン）　ＩＪイ地点選択手順の１１１−示
す図である。 １０・・・・光源、１１．１４・・・・静止鏡、１２・
・・・鏡走査器、１３．１５・・・・逆反射ストリップ
、１６・・・・集光レンズ、１７・・・・光検知器、１
８．１９・・・・三面鏡、２２．２５・・・・フォト・
トランジスタ、２５・・・・陰極線管、２６・・・・基
準表面、２７・・・−尖端、２９・・・・消去器。 ＦＩＧＩＩＡ ＦＩＧ、１１　Ｂ ＦＩＧ、　１２ ゝ−）メー′ 手　　続　　補　　正　　書（方式） 昭和５８年　６月１１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５７年　特許願　第１８７６７４号２、発明の名称 インターフェイス機構 五補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住　所　アメリカ合衆国１０５０４、ニューヨーク州ア
ーモンク（番地なし） 昭和５８年　２月２２日 ６　補正の対象 明細書全文 １１．１補正の内容 別紙のとおり

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 手動作で位置づけられる指示部材の位置について手動作
   段階からデータ処理段階へデータを発生するインターフ
   ェイス機構にして、上記指示部材の動作領域上の位置を
   表わすデータ全確定する手段と、上記指示部材が動作領
   域を移動する時上記指示部材によって順次に占拠される
   動作領域上のそれぞれの位置を表わす一連の履歴データ
   會記憶する手段と、上記指示部材の移動の終了音通知す
   る手段と、上記移動の終了が通知された時上記一連の履
   歴データから上記通知された時点に先行する上記指示部
   材の位！ｌ１１′に表わすデータを選択する手段と全具
   備するインターフェイス機構。