JPS582981A - 光学測定装置 - 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】 本発明は変換器および物体を有する光学測定装置Ｋｒａ
し、この測定装置の任務は変換器と物体との間の１次元
、２次元または６次元における位置、角度およびこれら
の量の時間依存性を測定することであり、との測定装置
は変換器を通して物体に向けて光を放射するように配置
された少なくとも１つの光源と、光源から放射された光
を物体によって反射および（または）透過した後で検出
するように配置された少なくとも１つの光検出器と、接
続および非接続にスイッチするための少なくとも１つの
電子回路と、光源の光レベルの制御器と、光検出器から
の信号変化の評価器とを有し、前記物体の光の透過、吸
収、反射および（または）ホトルミネセンスの変化によ
って定められる光学的に検出可能なパターンを前記物体
が有する光学測定装置ＫｙＪＡするものである。光源の
制御は光の強度を安定化させるためであり、それにより
高い測定精度を維持することができ、２つｆたはそれ以
上の光源の時間分割マルテゾレキシングおよび周波数分
割マルチゾレキシングを行なうことができる。

昭和５６年特許願第１７９５５８号に計＊＊に手書き情
報を供給するためのファイバ光ペンが記載されている。

この記載された方法は、ａ度に対する要求がもし低いな
らば、グラフ情報を送るのにもある程度応用できる。し
かし問題は、精度の要求が高いときに、このような情報
を入手することである。

本発明は高いａ＃でグラフ情報を読取るための変換器に
関するものである。したがって、前述の問題は本発明に
より解決される。本発明による変換器は、物体の光学的
性質の１つまたはそれ以上の変化が物体の少なくとも１
つの方向において少なくとも３つの異なる振幅を有する
ようＫなっており、これら振幅が物体の光の透過、吸収
、反射またはホトルミネセンスの局所的最大と局所的最
小との間の差によって定められ、前記局所的最小が前記
少なくとも１つの方向において前記最大の前または後に
あり、これらの異なる振幅が前記方向において予め定め
られた順序（大振幅、中振幅、小振幅、または大振幅、
小振幅および中条幅）で常に起こるようになっており、
変換器が物体に対して変位する時に得られる前記振幅が
前記光源、変換器および光検出器を有する光電子装置を
通して前記光検出器により電気信号に変換され、前記物
体に対する前記変換器の位置、角度および（または）移
動の方向を決定するために前記電気信号の振幅が前記電
子装置によって評価されるようになっていることとを特
徴とする。

もし前述のファイバ光ペンが追加の光チャンネルを有す
るならば、手書き情報およびグラフ情報の同時有効読出
しのためのペンを得ることができる。

この明細書に記述された技術の目的はその上にグラフ情
報が作られるまたは生ずる媒体上の振幅符号化バーパタ
ーンを光学的に検出することである。書かれた線と相互
に妨害しないために、バーパターンは赤外領域で行なわ
れるのが適当であり、それＫより例えば、赤外吸収バン
ドはＸ方向において前記媒体と整合し、そして他の赤外
吸収バンドがｙ方向において前記媒体と整合する。基準
として、第３バンドにおける全媒体にわたっての一定赤
外吸収を用いることができる。舎かれた情報の方向を決
定するために１吸収値が３つのレベルで同じように符号
化され、そして背景に対する光ペンの位置の絶対値を得
るために、付加的符号化が吸収パターンの相対吸収値に
対して行なわれるか筐たけ別の吸収バンドについて行な
われるかのいずれかがこの状態をデシタル表示するのに
用いられる。

この変換器は正確な位置測定装置を提供するので、例え
ば工業界において、正確な位置測定のためにも用いるこ
とができる。

第１図はファイバ光学装置本体と電子装置とをそなえた
光変換器を示す。６個の発光ダイオードまたはレーデダ
イオード１ａ〜１ｃはファイバ光学装置を通して異った
時間間隔で紙面３を照明する。この紙面に対しＸ方向お
よびｙ方向のファイバ端の位置が測定される。光信号は
光ファイバ１５．１６および１７によって伝送され、そ
して共通光ファイバ１８を通って紙面３に伝送される。

紙面３からファイバ１８に反射された光は、ファイバ１
９を通って、ホトダイオード２に伝送される。このホト
ダイオードは増幅器２０と、３つのサンプル・アンド・
ホールド（８４Ｈ）回路２１゜２２．２３に接続される
。光源１ａ〜１Ｃは６つの異った波長λ１．λ２および
λ３の光を放射するＯＸ方向の紙面の光吸収の変化がλ
１で検出され、そしてｙ方向の変化がλ２で検出され、
一方、同時にλ３は基準としての役割を果すように、こ
れらの波長は紙面上のパターンを考えて選定されるＯｙ
、で割算することＫより、それぞれＸ方向およびｙ方向
の吸収変化を表す信号ｙおよびｙがえ１　　　　　　　
　　２ られる。信号ｙ、は基準信号であって、紙働上のどこで
測定か行なわれるかには無関係である。光源を安定化す
るために、光検出器２４がそなえられており、この光検
出器は増幅器２５および加算装置２６から成る調整器に
フィードバックされる。

この加算装置には基準信号ｖｒｅｆがまた供給される。

ホトダイオード２４は光源を安定化するために用いられ
、高い′精度が要求される時にのみ必要である。光検出
器２は物体３の光学的性乍の変化を検出するので、本発
明の中心となる素子である。

要求される精度が高くない時、そしてＸ方向およびｙ方
向の鯰収変化を測定する時、λ３を省略することができ
、ｙおよびｙ　を得るための割算２ は不必要である。それぞれの光源に電力を供給する回路
はスイッチ８１〜Ｓ３および増幅器２８゜２９．３０を
有している。

吸収変化がどのようにしてつくられるかが第２ｓＬ図〜
第２ｆ図に示されている。第２ａ図は第１図の光ファイ
バ１８で検出される紙面を示している。第２ｂ図は波長
λｌでのＸ方向における光吸収の変化を示している。第
２ｃ図は波長λ２でのｙ方向におけ名光吸収の変化を示
している。第２ｄ図および第２ｅ図は波長λ３における
Ｘ方向およびｙ方向における変化を示している。この光
吸収パターンは第２ｆ図による吸収スペクトルを使えば
得ることができる。（点線の曲線をみよ。）３つの光源
（第１図の１ａ〜１ｃ）の発光スペクトルエ０．工２お
よび工、もまた示されている。パターンは石版術、写真
技術またはオフセット印刷によつ【つくることができ、
それＫより、吸収スペクトルαλ　をもつ色が紙面全体
に平等に付けられ、吸収スペクトルαλ　をもつ色が第
２ａ図によす る垂面経路に付けられ、そして吸収スペクトルαλ、を
もつ色が第２ａ図による水平経路に付けられる。

これらの経路が指定された順序で３つの異なる強度をも
つようにすることにより、ファイバが紙面上を移動する
時、この移動の方向を決定することができる。このこと
は第３ａ図〜第３ｇ図から明らかである。第３ａ図はフ
ァイバ端の経路に沿っての光吸収の変化な示しており、
Ａ、Ｂおよび０は３つのファイバ移動を表しており、こ
こでは移動の方向がパターン上のそれぞれ異なった位置
で変わっている。それぞれの場合に対し測定された吸収
の変化は第６ｂ図〜第６ｇ図に示されている。←れらの
それぞれの場合は、吸収ピークを通過する前または後に
ファイバが移動の方向を変えるかどうかにより、さらに
２つの場合に分けられる。図かられかるように、すべて
の場合に、移動の方向を決定することができ、そしてま
たこれらが何時変化したかを決定できる。例えば、手書
き文字が書かれたのと同時１１Ｃ，Ｘ方向およびｙ方向
の吸収の変化を測定するーことにより、手書き文字を峻
別することができる。第４ａ図〜第４ｅ図に示された場
合は数字「３８」が紙面に畳かれた場合で、そのＸ方向
およびｙ方向の吸収の変化がＩ軸およびｙ軸に沿って示
されている。第４ｂｒ５！Ｊお字「８」Ｋ対する記鎌さ
れた吸収変化である。文字上の（１，２，３等の）数個
の点が信号の上に示されている。

原理的に１紙面またはそれと同勢のものの上に１つのパ
ターン上つくり、そしてこのパターンな少なくとも２つ
の波長で光学的に検出する前述の５ａ図〜第５０図に示
されているように、吸収変化の大きさを符号化すること
ができる。もし大きさｂがある儲より大きいならば、こ
れは論理「１」として定められ、そしてもしｂがこの値
より小さいならば、それは「０」として定義することが
できる０例えば、屯しファイバがＸ方向に１２（ｉｌの
吸収変化に対応する距離を移動するならば、Ｘ方向のフ
ァイバの絶対位置に対応する４ビツト情報がこのように
して得られる。単位長さ当りにもつと多くのビットを有
するために、２つのぎ−りが情報を持つことができ、例
えば、第５ｂ図により、振幅すは基準としての役割を果
す。基準ピークの高さに対する−一りの高さの組合わせ
が符号を構成する可能性が第５０図に示されている。

この楊の符号の利用可能性は第６図に示されている。第
６図は第５ｂ図による符号化法を用いているが、さらに
追加として、最も大きい極大はそれが「１」の値よりも
高いあるレベルを越えているならば位置マーカをまた構
成する。１５個の吸収変化がある場合、９ビット絶対位
置を表示することができ、マーカの間に１４個の間隔を
加える時、７６６５間隔の絶対分解能を与える。翫６図
はまた、マーカと「１」の間および「１」と「０」の間
の境界に対応した吸収レベルの例を示している。

デジタイザ゛として用いられる他に、前述の方法は第７
ａ図〜第７０図による位置測定と角Ｊｉｌ［測定のため
に用いることができる。この場合には２つのスクリーン
パターンの相対的移動は透過測定または反射測定によっ
て光学的に測定することができる。吸収ビーク（「クロ
ックパルス」〕のｌ１４Ｍを測定する時、大きな精度を
得るために、２つのスクリーンパターン４０および４１
を使ってこの測定を行なうことができ、このようにして
平均値が得られる。絶対位置を決定するために、１つの
スロット（「符号読取り」）４１だけが用いられる。

第７ａ図〜第７０図による光スクリーンパターンをもし
測定されるべき物体に取付けることができないならば、
吸収変化は、例えは、第８図によるインキスプレィ法に
より、物体の上に色を直接スプレィすることによって得
ることができる。

本技術の最も重要な応用は多分人間と機械とのコミュニ
ケーションの分野の中にあるであろう。

手書きの記号、スケッチ、図面および曲線の場合の他に
、この技術は警き出す位置の測定が必要であるプリンタ
／プロッタへの応用に用いることができる。第９図は書
き出しが行なわれる紙面上に非常に簡単に配筐されたポ
ケットサイズのプリンタ／プロッタを示してｂる。この
紙面は前述の糧類のパターンを有しているから、そして
このプリンタ装置はプリンタの絶対位置と方向を検出す
るために２つの光フアイバ装置を有しているから、書き
出しを紙面上の好ましい位置で制御することができる。

この書き出しがパターンによって乱されないために、こ
のことは赤外波長領域で行なゎれる。

第８図は物体３２上に印（又は表示）を得るだめのイン
キスプレィ器３１を示している。番号３３は３つのファ
イバ検出器を示しており、したがって、この装置はイン
キスプレィ器でパターンを発生させるための装置である
。例えば、ルミネセンス物質に対して用いることができ
る。

第９図はプリンタ、回転可能車輪およびファイバ検出器
を有する電池を電源とするキャリジ３４を示している。

番号３５はアンテナを示し、そして番号３６は回転と駆
動のための装置を有する車輪を示す。３７は色座標を有
する紙面を示し、そして３９は位置指示のための元ファ
イバ（第ｉｂの１８参照）を示す。したがって、第８図
および第９図は本発明による実施例を示している。

これ迄の記載は特許請求の範囲内のいくつかの実施例を
例示したものであるが、これらの実施例はいろいろに変
更することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子装置をそなえたファイバ元装置な示し、 第２ａ図から第２ｆ図は吸収変化を示すものであって、 第２ａ図は検出される媒体を示し、 第２ｂ図はＸ方向の光吸収の波長λ１における変化を示
し、 第２Ｃ図はｙ方向の光吸収の波長λ２における変化を示
し、 第２ｄ図および第２６図はそれぞれＸ方向およびｙ方向
における光吸収変化を示し、 第２ｆ図は吸収スペクトルを示し、 第３＆図から第３ｇ図は移動方向の決定を示すものであ
って、 第３ａ図は光吸収の変化を示し、 第３ｂ図〜第６ｇ図は異なる場合に対し測定された吸収
変化を示し、 第４＆図は１例として６８の手書き文字を同定する可能
性を示し、 第４ｂ図および第４Ｃ図は異なる数字、ここでは数字３
、に対する登録された吸収変化を示し、第４ａ図および
第４ｅ図は数字８に対する釣部する吸収変化を示し、 第５＆図から第５Ｃ図はファイバ端の絶対付蓋の符号化
を示したものであって、 第５ａ図、第５ｂ図および第５Ｃ図は符号化の異なる方
法を示し、 第６図は第５ｂ図による符号化を示し、第７ａ図から第
７Ｃ■は付蓋測定のための光スクリーンパターンを示し
、 第８図はインキスプレィ器でのパターン生成を示し、 第９図はミニサイズのプリンタ／プロッタを示す０ １８　　　　　　　　変換器 ３　　　　　　　　物体 １　ａ　、　１　ｂ　ｌ　Ｉ　Ｑ　　　　　　光源２　
　　　　　　　光検出器 ２４〜２７　　、　　　　　制御器 ８１．８２，８３．２１〜２３　評価器代理人　浅　村
　　　皓 外４名 ＦＩＧ、　７ Ｒ し 二一 ＦＥ６ −　Ｏｍｉｎ珈１＋　　　　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）変換器（１８）と、物体（３）とを有する光学測
   定装置（第１図）であって、 前記測定装置の任務は前記変換器と前記物体との間の１
   次元、２次元または３次元における位置、角度および前
   記量の時間依存性を測定することであり、 前記測定装置は前記変換器を通して前記物体（３）ｋ向
   けて光を放射するように配置された少なくとも１つの光
   源（１ａｓ１ｂ＊１ａ）と、前記光源から放射された光
   を前記物体（３）によって反射およびまたは透過された
   後で検出するように配置された少なくとも１つの光検出
   器と、接続および非接続にスイッチするための少なくと
   も１つの電子回路（８１〜８３）と、前記光源（１ａ〜
   １０）の光レベルの制御器（２４〜２７）と、前記光検
   出器（２）からの信号変化の評価器（ｓｌ。 Ｓ２−８３　ｍ　２１〜２３）とを有し、および前記物
   体（３）の透過光、吸収光、反射光およびまたは発光の
   肇化によって定められる光学的に検出可能なパターン（
   第２＆図〜第２Ｃ図）を前配豐体（３）が有し、 前記物体（３）の１つまたは複数個の前記光学的性質の
   前記変化が前記物体（３）の少なくとも１つの方向にお
   いて少なくとも３つの異なる振幅を有するように構成さ
   れることと、前記振幅が前記物体（３）の透過光、吸収
   光、反射光または発光の局所的極大と局所的極小との間
   の差によって定められることと、前記局所的極小が少な
   くとも１つの前記方向における前記極大の前または後に
   あることと、これらの異なる振幅が前記方向において予
   め定められた順序（大振幅、中振幅および小振幅、また
   は大振幅、小振幅および平均振幅）で常に起こるように
   構成されることと、変換器（１８）が物体（３）に対し
   て変位する時に得られる前記振幅が前記光源（１ａｅ１
   ｍ）、１０）、変換器（１Ｂ）および光検出器（２）を
   有する光電子装置を通して前記光検出器（２）により電
   気信号振幅に変換されるように構成されることと、およ
   び前記物体（３）に対する前記変換器（１８）の位置、
   角度およびまたは移動方向を決定するために前記電気信
   号振幅が前記電子装置（２０〜２３）によって評価され
   るように構成されることとを特徴とする光学測定装置。 （２、特許請求の範囲第１項において、前記振幅値が空
   間内の前記振幅の順序およびしたがって移動の方向の検
   出可能性をそれによって損うことなく２進数に表すため
   に空間内で変調されることを特徴とする光学測定装置・ ＜３）　　４Ｉ許請求の範囲第２項において、引続く振
   幅値の２進数が前記物体（３）に対する前記変換器の絶
   対位置を決定するために用いられるように構成されるこ
   とを１＃徴とする光学測定装置。 （４）特許請求の範囲第３項において、付加振幅値が前
   記２進数で表される絶対位置をマークするために用いら
   れるように配置されることを特徴とする光学測定装置。 （５）　　＃許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、前記光学的性質が少なくとも１つの波長領域内
   で１つの方向で質化しおよび同等でない別の波長領域で
   前記方向と平行でない別の方向で変化することと、１個
   または複数個の光源（１１Ｌ〜１ｃ）が２つの前記波長
   領域内の光を放射するように構成されることと、前記光
   検出器（２）が２つの前記波長領域の光を受取るように
   配置されることと、２つの波長領域における検出器信号
   変化が２次元内の前記物体に対する前記変換器の位置を
   決定するのに用いられることとを特徴とする光学測定装
   置。 （６）特許請求の範囲第５項において、前記波長領域と
   は同じでない付加波長領域が基準信号をつくるために用
   いられ、それにより光学装置の不安定性および前記変換
   器と前記物体との間の距離の変化を補償するために前記
   物体全体にわたって一定の光学信号を生ずるように前記
   物体の全表面が元媒体をそなえることを特徴とする光学
   測定装置。 （７）特許請求の範囲第１項において、セルローズ物質
   またはプラスチック物質上に印刷される時前記振幅が変
   化する色強度によりおよびまたは変化する色スペクトル
   により得られることを特命とする光学測定装置。 （８）　　４ＩＩＦＦ１１１ｉ求の範囲第１項において
   、前記光源（１ａ〜１ｃ）が発光ダイオ−Ｐまたはレー
   デダイオードを有することと、前記光検出器がホトダイ
   オード（２）を有することと、前記物体（３）に光を伝
   送するためにおよび前記物体で影響を受けた光を前記検
   出器（２）に伝送するために前記変換器内に少なくとも
   １つの光ファイバを有することとを特徴とする光学測定
   装置・ （９１４１ＦＦｌｉ！求の範囲第１項において、前記変
   換器（１８）の２つが例えば紙面上に書き出す時プリン
   タの位置を定めるために前記プリンタ上に取付けられ、
   前記物体上で可動であることをＩｒｌ１ｌｋとする光学
   測定装置。 ０１　　特許請求の範囲第１項において、グラフ情報お
   よび記号をデジタル化するために前記変換器がペンの中
   に配置されていることを特徴とする光学測定装置。 Ｑｌ）　　＠許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、少なくとも６つの異なる前記振幅が３つの異な
   るスペクトルバンドにおいて変化する透過光、吸収光お
   よびまたは反射光により住することと、３つの異なる前
   記スペクトルバンドにおけるこれらの変化する光学的性
   質が異なる発光スペクトルをもつ少なくとも３つの周波
   数で分割された光源のマルチゾレキシング、およびまた
   は時間で分割された光源のマルチプレキシングによって
   検出されることと、これらの発光スペクトルのおのおの
   が前記スペクトルバンドの少なくとも１つと全体的に゛
   または部分的に一致することとを特徴とする光学測定装
   置。 α２、特許請求の範囲第１項において、移動の前記方向
   が決定される１つのまたは複数個のスペクトルバンドと
   は異ったスペクトルバンドで前配光学的性質の少なくと
   も１つの前記変化が２進符号化されるということにより
   ２進数が生ずることと、少なくとも１つの光源が前記ス
   ペクトルバンドと全体的Ｋまたは部分的に一致する放射
   スペクトルを有することとを４Ｉ＊とする光学測定装置
   。