JPS59211128A - 光学的位置検出装置 - Google Patents

光学的位置検出装置

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JPS59211128A
JPS59211128A JP59088587A JP8858784A JPS59211128A JP S59211128 A JPS59211128 A JP S59211128A JP 59088587 A JP59088587 A JP 59088587A JP 8858784 A JP8858784 A JP 8858784A JP S59211128 A JPS59211128 A JP S59211128A
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JP
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light
target zone
surface portion
reflective
retroreflective
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JP59088587A
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ジエムス・エル・グリフイン
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Illinois Tool Works Inc
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Illinois Tool Works Inc
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Publication date
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    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/042—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means
    • G06F3/0421—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen
    • G06F3/0423—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means by interrupting or reflecting a light beam, e.g. optical touch-screen using sweeping light beams, e.g. using rotating or vibrating mirror

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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】 本発明は一つ以上の軸に沿い物体の位置を測定する装置
、殊に光学装置によってターゲット・ゾーン内の当該物
体の位置を決定する装置に関する。
昨今、コンピュータ等を使用するデバイスが普及するに
伴い、当該コイピユータ等へのデータ入力を容易にする
ため、オペレータとコンピュータとの間のインターフェ
イスを簡単にする必要が生じてきた。そのための装置と
しては従来からも多々あるが、例えばキーボード、ジョ
イスティックコントローラ、タッチスクリーン型入力装
置等がある。
中でもタッチスクリーン型入力装置は、コンピュータデ
バイス用の陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイのスクリー
ン表面を覆うように設けられたオーバ・レイ（被覆）部
材を有し、これは容量性や抵抗性、或いはまた超音波乃
至導電グリッド等を持たされる。然し、こうしたタッチ
スクリーン型入力装置には種々の欠点がある。
先づ、陰極線管のディスプレイスクリーン」二を覆うオ
ーバ・レイ部材があるため、これが画面のコントラスト
を悪化させたり分解能をも低減させることが挙げられる
。
然も、塵挨を引き付は易いので、その点でも尚更コント
ラストや分解能を低下させてしまう。
また、それ自体傷付き易く、その材料も経時変化や光学
的な理由により劣化し易い欠点がある。
ましてや昨今注目されているソングレア処理が施される
と、確かにまぶしさは低減できるが陰極線管の表示分解
能はやはり低減してしまう。
更に、タッチ位置の検出分解能を」―げようとすると装
置は著しく複雑、高価になってしまう。
これに対して光学的なタッチスクリーン型入力装置も開
示されてはいる。これは、陰極線管等のディスプレイの
前面に光カーテンを形成するもので、このカーテンを横
切って物体が侵入するとその侵入した位置が分かるもの
である。こうしたタッチスクリーン型入力装置は、例え
ば米国特許第４，２６７．４４３号（発明者キャロル）
、及び１８８０年８月２日出願の米国特許出願第１８３
，３５７号（発明者バーロウ）に示されている。
然し、前者キャロルのシステムは、多数の発光ダイオー
ド・アレイとこれに対向的に配置した同じく多数個の光
検出器アレイを要し、これを順次切替走査して二次元検
査フィールド内の物体の位置を検出しているため、先づ
第一に多数個の発光ダイオード及び光検出器を要すると
いう点で高価に付く欠点がある。単に経費の点だけでな
く、数が多くなれば故障要因も増すこと、また当然であ
る。
更に、この装置の検出分解能は発光ダイオードと光検出
器の数によって制限され、分解能を高めるにはより多く
の発光ダイオード、光検出器を用いなければならず、そ
うすると上述の欠点はより深刻になってしまう。
対して、バーロウの装置は一つの隅に設けられた連続光
の発生源と、この隅に対向する隅に配され、タッチフィ
ールドを走査する一つの光検出器とを有していて、タッ
チフィールドの四側面には段付き鏡が配されているため
、連続光源からの光はタッチフィールドを横切る二つの
垂直な光成分に分割され、これらの光が回転する光検出
器に向けられるようになっている。
従って、各ビームは夫々僅かに異なる角度で光検出器に
入射し、一方、光検出器はタッチフ４−ルドを回転自在
に走査するため、いづれかの部位において物体が成る光
ビームを横切れば光検出器における光パターンの相応の
変化によってその位置を検出することができる。
このバーロウの装置は確かに費用の点では前掲のキャロ
ルの装置の持つ欠点を克服しているが、鏡を正確に整合
するのが極めて困難で、高精度な工程、装置を要するた
め、結局はその点で高価となったり、或いはまた物理的
な衝撃に弱いものとなりがちであった。
本発明はこうした点に鑑みて成されたものであり、ター
ゲット・ゾーンを通過する光路が遮断された時に、その
点を二次元的に検出する装置として従来の欠点を伴わな
い装置、即ち、簡単汁つ安価で保守も容易な装置を提供
せんとするものである。
本発明によれば、オペレータとコンピュータとの間での
直接のインターフェイスが提供でき、然もこのインター
フェイスはキーボードにおけるような高度な訓練を要し
ないものである。
また、本発明の装置は積重ねれば三次元の物体位置ｉ出
番臣も展開することができる。
本発明の装−は、精密な公差も要せず、材料的に本安価
なものを使用ネき、その点でも望ましいし、更に、原理
的には無限の分解能をも得ることができる。
以下、添付の図面に示す本発明の一実施例を通じ、本発
明の構成、作用及び効果に就き詳しく説明する。
第１図は当該本発明−実施例としての光学的位置検出装
置１０を斜視図的に示すものである。
この光学的位置検出装置１０は、後述する種々の構成子
を所定の相対的位置関係に機械的に保持すると共に、外
部環境から保護するハウジング１２を有している。
ハウジング１２は枠状で、この枠内の領域が物体の位置
を検出すべき検出領域、即ちターゲット・ゾーン１４と
なる。
ハウジウング１２には鏡等の平坦な反射体１６と、逆反
射体１８と、逆反射アセンブリ２０とがターゲット・ゾ
ーン１４の周りを囲むように設けられており、逆反射ア
センブリ２０は逆反射体ストリップ２２と、このストリ
ップ２２に隣接して階段状に設けられた複数の逆反射体
要素２４を有している。
装置ｌＯの一つの隅角部にはビーム・スプリッタ等のビ
ーム指向装置２６と光検出アセンブリ２８、光源３０が
備えられている。第４．５．６図を参照してこれらビー
ム指向装置２Ｂ、光検出アセンブリ２８、光源３０に就
き説明する。
光検出アセンブリ２８は、ターゲット・ゾーン１４との
間に介在するビーム・スプリッタ２６により、当該ター
ゲット・ゾーン１４からは離れた位置にある。光源３０
はビーム・スプリッタ２６の下にあり、ビーム・スプリ
ッタ２６によりターゲット・ゾーン１４を横切ることに
なる光束３２を発する。
そして後述のように、ターゲット・ゾーン１４を横切っ
た後、戻ってきた光３４はビーム・スプリッタ２Ｂを介
して光検出アセンブリ２８に入射する。
第５図に示すように、ビーム・スプリッタ２６は１ ハウジング１２に対してこの場合４５″の角度で取付け
られ、光源３０からの光３２をターゲット・ゾーン１４
に指向させ、また、戻り光３４を光検出アセンブリ２８
に指向させる。
光検出アセンブリ２８は、軸３８を有する駆動モータ３
８と、このモータにより当該軸３８の周りに回転する検
出器ハウジング４０を有している。検出器ハウジング４
０内には光検出器４２が収納され、第６図に示すように
ハウジングに開いている孔４４とこれに整合したレンズ
４Ｂを介して光を受けるようになっている、即ち、光検
出器４２の感光面４８はレンズ４６が焦点５０を結ぶ平
面である。また、視野を制限するため、焦点５０に整合
した小開口を持つマスクを感光面４８の上に配すれば、
光が遮断されたことを検出する際にその分解能を上げる
ことができる。
上述のような構成によれば、ハウジング４０を穴４４、
レンズ４６と共に回転することにより、ターゲット・ゾ
ーン１４を走査することができ、戻り光３４がある限り
、その旨を表す電気信号を図示して２ いない外部処理回路へ出力することができる。
次いで第２図を参照して光路例を説明する。
５２．５４．５６は光源からの光束群の中から便宜的に
選択した三木の光線乃至光ビームで、光線５２はビーム
・スプリッタ２６で反射され、ターゲット・ゾーン１４
を横切り反射体１Ｂで反射された後、逆反射体１８に入
射している。
逆反射体１８は、その入射点における垂線に対して所定
の角度範囲内にある方向からの光に対してはその入射光
の大部分を入射してきたと同じ方向に反射するように作
られている。もつとも、上記角度範囲を越えた入射角の
光も幾らかは反射できるが、それは僅かなものであり、
上記所定角度範囲（臨界角範囲）を越えれば越える程、
その率は急速に低くなる。
この逆反射体１８は第２図に示すように湾曲していて、
その全長のどこにおいても、鏡１６にて反射されてから
入射してくる光ができるだけ上記の臨界角範囲の入射角
となるように図られており、従って、逆反射体１８に用
いた材料に見込まれる最大阪の反射率を期待することが
できる。
第二の光束５４は、鏡１６で反射した後、逆反射アセン
ブリ２０に入射している。このアセンブリ内に設けられ
ている逆反射要素２４は、鏡１６で反射してきた光は同
じ光路でビーム・スプリッタ２Ｂから光検出器４２へ戻
せるように、逆に言えば鏡１６からの入射光はいづれも
同じ光路を戻れる範囲の入射角範囲内の光となるように
、階段状に配置されている。勿論、この光束５４に就い
ても、逆反射ストリップ２２に直接入射する部分が考え
られるが、これは同じ光路へ戻されるための高反射率を
示す角度範囲外の成分となり、障害とはならない。
逆反射ストリップ２２は光束５Ｂで示すように直接に入
射してくる光に対して有意の機能を営む。即ち、この逆
反射ストリップ２２は、ビーム・スプリッタ２６を介し
てターゲット・ゾーン１４を横切り直接に入射してくる
光に対しては、それがどこからこようとも、その入射角
はこのストリップに関しての上記した臨界角範囲となっ
て元の光路に沿って高反射率で戻せるように、湾曲して
形成されている。
ターゲット・ゾーン１４内に例えば不透明な物体５８．
５９．８０が存在すると、夫々、光束５２，５４１，５
６はその位置において遮断され、その時、光検出器が各
光路を見ていれば、光の遮断としてこの物体の存在を検
出することになる。そして、その物体の二次元的な位置
の決定は、後述のような幾何学的計算により求めること
ができる。
更に装置説明を続けると、ハウジング１２の内側境界面
６２はターゲット・ゾーン１４に対して開いており、各
種の既述した構成子に対し、光が入射できるようになっ
ている。但し、光スペクトルの特定の範囲にのみ本発明
装置が応答性を示すようにする等の必要に応じては、当
該内側境界面６２に適当な着色フィルタを設ける等自由
である。
第７図は上記構成を位置計算のため都合の良いように図
式的に展開した図であり、符合は既述したものに対応し
ている。
即ち、６２は内側境界面で、ターゲット・ゾーン１４を
限定し、光検出アセンブリ２８中、先掲の光検５ 出器４２の感光面４８を座標原点６４とした上で、内側
境界面６２の一つの側面８ＢをＸ軸、同じくこれに直交
する側面８８をＹ軸に選んでいる。
鏡１６ハ原点６４の反対側に位置し、ターゲット・ゾー
ン１４の虚像１４′は鏡１Ｂを越えて仮想線で示されて
いる。従ってターゲット・ゾーン１４内の物体７０は虚
像ターゲット・ゾーン１４’内では虚像７０′となる。
同様に、虚像原点６４′、虚像の光検出アセンブリ２８
′が考えられる。
物体７０の存在による戻り光（図示せず）の遮断は原点
８４に関して二つの影を生ずる。一つはターゲット・ゾ
ーン１４とその中の物体７０に関連し、Ｘ軸８Ｂから角
度ａだけ偏位した影７２として定義される。
もう一つは虚像ターゲット・ゾーン１４′　とその中の
虚像物体７０′に関連し、Ｘ軸６６から角度すだけ偏位
した影７４として定義される。従って、物体７０の原点
１３４からのＸ偏位は次の式で表すことができる。
６ ｘ　＝　ｕ　−ｊａｎ（９０”　−ａ）＝　ｕ　−ｃｔ
ｎ（ａ） また、次の式でも表すことができる。
ｘ　＝　（２ｙ−ｕ）　・ｊａｎ（θｏ”−ｂ）＝　（
２ｙ−ｕ）　拳ｃｔｎ（ｂ） 上記１式は次の式に帰結する。
ｘ　＝２ｙ／［ｔａｎ（ａ）＋ｔａｎ（ｂ）］一方、タ
ーゲット・ゾーン１４内の物体７ｏのｙ偏位は次式によ
り直接に計算される。
ｙ　＝　ｘ　−ｊａｎ（ａ） 従って、ターゲット・ゾーン１４内における物体７０の
Ｘ＋　Ｖ座標は、光検出アセンブリ２８が原点６４の周
りで回転している時に、物体７０及びその虚像７０′に
より生ずる影を検出した各角度を把握することに基いて
精密に幾何的に計算することができる。また、こうした
計算は任意公知の電子回路技術をして外部回路系にて行
なうことができ、Ｘ。
ｙ位置検出分解能や検出速度、精度は既存の技術をして
も相当に高いものを期待することができる。
尚、図示した実施例は限定的なものでは勿論ない。また
、既述したように、本発明の装置は積重ねれば三次元の
物体位置検出にも展開することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明一実施例の光学的位置検出装置の概略的
な斜視図、第２図は同じく概略的な正面図、第３図は同
様に概略的な側面図、第４図は光源周りの要部の拡大構
成図、第５図は第４図５−５線に沿って見た構成図、第
６図は第４図６−６線に沿って見た構成図、第７図は本
発明装置を用いて物体位置を検出するための計算方法の
説明図、である。 図中、ｌＯは全体としての光学的位置検出装置、１４は
ターゲット・ゾーン、１６は平坦な鏡、１８は逆反射体
、２０は逆反射体アセンブリ、２２は逆反射体ストリッ
プ、２４は逆反射体要素、２６はビーム・スプリッタ、
２８は光検出アセンブリ、３０は光源、５０は焦点、５
２．５４．５８は光束、６４は座標原点、８８はＸ軸、
６８はＹ軸、　７２．７４は影、である。 ９

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 （１）光源と、光の入射を検出し、これに応答して電気
    的出力を生ずる光検出器とを有する光検出アセンブリと
    ； 該光源から発し、ターゲット・ゾーンを横切ってきた光
    を反射する反射体と； 該反射体で反射して入射してきた光を入射路に略Ｃ一致
    する光路に沿って逆反射する逆反射装置と；を有し、 」−２逆反射装置は、」１記ターゲット・ゾーンの周り
    において複数の逆反射面部分を有し、１つ、」二記光検
    出アセンブリは」１記ターゲット・ゾーンの走査を行な
    うために所定の角度範囲内で回転可能で基準線からの当
    該回転角度を測定可能になっており、 もって」−配光検出アセンブリが」１記ターゲット・ゾ
    ーンを回転走査するに伴い物体の存在により複数の影を
    捕えた場合、該各影を捕えた時の回転角度から該物体の
    二次元位置を幾何計算できることを特徴とする光学的位
    置検出装置。 （２）逆反射装置は、第一ストリップを有する第一逆反
    射面部分と；第ニストリップを有する第二逆反射面部分
    と；複数の階段状に配された逆反射要素を有する第三逆
    反射面部分と；から成ることを特徴とする特許請求の範
    囲（１）に記載の装置。 （３）ターゲット・ゾーンは略Ｃ矩形であり、光検出ア
    センブリはその第一隅部に設けられ、反射体は該第−隅
    部に対向する第二隅部に臨む第一側面部に設けられると
    共に、第一逆反射面部分は」−記第一側面部に対向する
    第二側面部に設けられ、第二逆反射面部分は上記第一側
    面部に隣接するターゲット・ゾーン第三側面部に設けら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲（２）に記載
    の装置。 （４）反射体、第一、第二逆反射面部分は夫々、第一、
    第二の端縁を有し、第一端縁は全て同−平面」二にある
    と共に、第三逆反射面部分は上記第二逆反射面部分の」
    二記第二端縁に沿って設けら゛れてい為ことを特徴とす
    る特許請求の範囲（３）に記載の装置。 （５）反射体及び第一逆反射面部分は夫々、第一、第二
    の端縁を有し、それらの第一端縁はター・ゲット・ゾー
    ンにおいそ略Ｃ同一平面内にあり、第三逆反射面部分は
    複数の第一端縁と複数の第二端縁を有し、該複数の第一
    端縁は上記ターゲット・ゾーン平面内にあり、第二逆反
    射面部分は上記複数の第二端縁に隣接して設けられてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲（３）に記載の装置
    。 （６）第一逆反射面部分は第二側面部の長さに沿って垂
    線に関し湾曲し、反射体にて反射された光を受けるよう
    になっていることを特徴とする特許請求の範囲（４）、
    （５）のいづれか一つに記載の装置。 （７）第二逆反射面部分は第三側面部の長さに沿って光
    源からの光を受けるように湾曲していることを特徴とす
    る特許請求の範囲（６）に記載の装置。 ・（８）第三逆反射面部分は第三側面部の長さに沿って
    反射体から反射されてくる光を受けるように複数の逆反
    射面を形成していることを特徴とする特許請求の範囲（
    ７）に記載の装置。 （θ）光源からの光はターゲット・ゾーンに指向させ、
    且つターゲット・ゾーンからの光は光検出器へ指向する
    光指向装置を有することを特徴とする特許請求の範囲（
    ８）に記載の装置。 （１０）光指向装置はビーム・スプリッタであることを
    特徴とする特許請求の範囲（８）に記載の装置。 （１１）光源と： 光が入射するとこれに応じて電気的出力を発生する光検
    出器装置と； ターゲット・ゾーンを少なくとも一部囲んで配され、」
    −記光源から出される光を該ターゲット・ゾーン内で分
    散する複数の反射性装置と：反射性装置を経た後、戻っ
    てきた光を上記光検出器装置へ指向する光指向装置と； から成ることを・特徴とする光学的位置検出装置。、　
    　　　　　　　　　・ （１２）ター・ゲット・ゾーンは略ぐ矩形であって、光
    源、光検出器装置１．光指向装置はその第一隅部に配さ
    れ、 複数の反射性装置は、第一隅部に対向する第二隅部に臨
    む第一側面部に設けられた第一反射性装置と；上記第一
    側面部に隣接する第二側面部に設けられた第二反射性装
    置と；上記第一側面部に対向するターゲット・ゾーン第
    三側面部に設けられた第三反射性装置と；を有゛し、上
    記第二、第三反射性装置は逆反射性材料から成ることを
    特徴とする特許請求の範囲（１１）に記載の装置。 （１３）第二反射性装置は、少なくとも二つのアセンブ
    リから成り、第一アセンブリは光指向装置からの光を受
    けるように第二側面部の長さに沿って湾曲したストリッ
    プを有すると共に、第ニアセンブリは第一反射性装置か
    らの光を受けるように階段状に配された複数のストリッ
    プ群から成ることを特徴とする特許請求の範囲（１２）
    に記載の装置。　　　　゛ （１４）第三反射性装置は第一反射性装置からの光を受
    けるように第三側面部に沿い湾曲していることを特徴と
    する特許請求の範囲（１３）に記載の装置。 （１５）検出器装置は回転可能でターゲット・ゾーンを
    走査できると共に基準線からの角度偏位を測定でき、も
    ってターゲット・ゾーン内にある不透明物体は上記検出
    器装置の一走査の中で複数の影を生じ、該影を生じた時
    に該検出器装置からの電気的出力の変化を知ることがで
    きることを特徴とする特許請求の範囲（１４）に記載の
    装置。
JP59088587A 1983-05-09 1984-05-04 光学的位置検出装置 Pending JPS59211128A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/492,859 US4553842A (en) 1983-05-09 1983-05-09 Two dimensional optical position indicating apparatus
US492859 1983-05-09

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JPS59211128A true JPS59211128A (ja) 1984-11-29

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ID=23957900

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59088587A Pending JPS59211128A (ja) 1983-05-09 1984-05-04 光学的位置検出装置

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US (1) US4553842A (ja)
EP (1) EP0125068B1 (ja)
JP (1) JPS59211128A (ja)
KR (1) KR850002339A (ja)
AT (1) ATE48325T1 (ja)
CA (1) CA1239205A (ja)
DE (1) DE3480615D1 (ja)
DK (1) DK230284A (ja)
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