JPS62106535A - 光学式座標入力装置 - 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、光学式座標入力装置に関し、詳しくは座標を
読み取ろうとする平面上に配列された光学手段を直接駆
動させることなく座標を読み取ることができる光学式座
標入力装置に関し、特に座標を１涜み取ろうとする平面
に対して座標読み取り手段を独立させて設けた光学式座
標入力装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の光学式座標読取り装置においては、第７図に示す
ように座標を検知するための光路を形成する光源Ｅｌ　
、　Ｅ２　、・・・および受光部Ｆｌ。

Ｆ２．・・・が平板Ｐの座標を読み取ろうとする範囲の
例えば２方向の周囲に沿って配置されており、これらの
光源Ｅおよび受光部Ｆを辺の長さに対応した数だけ配列
させるように構成されていた。

したがって、座標人力装置としては平板Ｐの座標１読み
取り範囲が枠部材りによって画）↓ｌされるように構成
されるので非常にかさばる装置となる。

更にまた、読み取りたい対象座標を通常は、枠の上方か
ら枠内に向けて指示することに入力させるので、その指
示範囲も枠部材りの内側に制限され、また平板Ｐの厚さ
も枠に沿って存在する光源Ｅおよび受光部Ｆの光路が遮
ざられないようにするためにそれだけの厚さが必要であ
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、従来のこのような光学式座標入力装置
の欠点を克服するために、指示によって入力させたい対
象座標を自由に選択できる平面を有し、しかもこの平面
上に入力座標の読取り手段か独立して設置され、軽量か
つ小型化とすることができて、しかも適用範囲の広い光
学式座標入力装置を提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

かかる目的を達成するために、本発明は座標入力平面と
、平面上の座標を指示する座標指示部材と、標指示部材
に配設され、座標入力平面上に向けて光を発生する光源
と、座標入力面上の所定位置に配設され、光源からの光
を受光可能な１次元または２次元に配列された受光素子
列と、受光素子列上の光源についての光像が得られる電
気信号に応じて光源の指示する座標を演算して出力する
手段とを具えたことを特徴とするものである。

〔作　用〕

このように構成した光学式座標入力装置にあっては、光
学的指示手段によって指示された座標に入力された光が
光源となって、座標読取手段の光学系を介してその先セ
ンサ上に結像されるので、その結像位置と結像範囲とか
ら演算によって座標を求め読取ることができ、小型軽量
に構成する二とができるので、種々な機器に対して水装
置を適用し装着して平面上における座標の入力および読
取りを行うことができる。

〔実施例〕

以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図は本発明の構成を原理的に示すもので、ここで、
ｌは光源であり、図示しない座標指示手段例えばスタイ
ラスペンの先端部に設けられた半導体発光素子によりＸ
Ｙ平而面座標入力平面）ＰＬ上への指示によって形成さ
れるものである。そこでいま、ＸＹ平面ＰＬ上において
座標指示手段により点Ａが指示され、ここに光源ｌが形
成されたときの点Ａの座標（ｘ、ｙ）が読取られる読取
手段について説明する。

２は平面ＰＬの座標軸ＸおよびＹの、交点すなわち原点
Ｏに配置された座標読取装置であり、座標読取装置２は
原点０にその中心を一致させたレンズ３および受光素子
列４とによって構成される。

しかして、レンズ３と受光素子列４との関係は原点Ｏに
配置された装置２に光源１の有効到達距離の許す限り遠
ざけたときに、光源１のレンズ３を通過する光束５が受
光素子列４上の一点に集束されるようにしである。

また、光源ｌが原点Ｏに配置ηされた受光側の座標読取
手段買２から有効到達距離の許す限り離隔した位置より
装置２に近接すればする程光束５は受光素子列４に集束
されず、本図に示すように幅りのある結像となり、しか
もその幅りは光源１の原点０からの距＃ｒに対応して変
化する。またこのときの幅りの中心位置は原点０を通過
する光線ａ０がＸ軸となす角に対応して変化する。

そこで、第２図により結像の幅りから距離ｒを算出する
一実施例について説明する。ここで、簡単のため装置２
に光源ｌをその有効到達距離の許す限り遠ざけた点Ｏ′
に置いた時の結像距＃ａをレンズの半径とし、更にイメ
ージセンサ４のレンズ中心Ｒからの距離およびイメージ
センサ４の半径もまたａであるとする。またし〜ンズ３
の第１焦点距離および第２焦点距離をそれぞれｆｌ、ｆ
２とする。

この場合、一般にレンズ３の光源ｌに対する結像する点
はレンズからの距離をそれぞれａ、ｂとすると ｆｌ「２ −　　＋　　□　　＝　１ ａ　　　　　　ｂ の関係にあるから光源１を点０′から第２焦点位置Ｆ２
までの範囲内で移動した場合、例えば点Ｃ′にある光源
は結像点は点Ｃとなり、いま、レンズ中心０から距＃（
ｂ−Δｂ）の位置にある点Ｃ′から投稿された光束はイ
メージセンサ４上では円弧会上に投影される。

しかしてこの時の点Ｃの座標は、第２図の平面Ｘ−Ｙに
おいて光束の上辺の直線とＸ軸との交点となる。今、円
弧ＯＤの角度はＯｎ／ａ（ｒａｄ）で表わされるから光
束の上辺の直線ＣＤは点（０，ａ）および点り、　　ど
） つまり（−ａｃｏｓ（００／ａ）　、ａｓ＋ｎ（００／
ａ））を通ることから式（１）が成立つ。

そこで、式（１）においてｙ−ｏを代入することによ交
点ＣのＸ座標が次式で得られる。

−ａｃｏｓ（１５”Ｂ／ａ） １−８．。市／ａ）　　　　　　　” よってΔａを求めるとΔａ噂１Ｘｌ−ａ、これに（２）
式を代入し また、第１焦点距＃　ｆ＋　、第２焦点距＃ｆ２光源お
よび像の位置関係は、次式で表わされる。

したがって、第１図において求めたい値　距＃ｒつまり
　ｂ−Δｂは次式（５）から得られる。

ｂ−Δｂ＝　　□ ｆ。

これに、式（３）のΔａを、代入すると距＠ｒはイメー
ジセンサ４上の投影増幅りの関数で表されることになる
。なお、本実施例の場合レンズの中心０をイメージセン
サ４の円弧の中心と一致させているため、光源１はレン
ズの中心Ｒを通る中心線上に存在しなくても良い。

ついで、本実施例における角度♀の算出方法を第３図に
基づいて説明する。いまイメージセンサ４上に端部の０
番目からｎ番目までの受光素子ｘｏ　−ｘ、１がその順
序で角度π　ｒａｄに渡って配列しであるものとし、平
面ＰＬ上の光源ｌはイメージセンサ４上のｉ番目からｊ
番目の受光素子ｘ１〜ＸＪ上に投影されているものとす
ると、その中心点の受光素子ｘｃの位置は（ｉ＋ｊ）　
／２で求められ、なお同じ（ＰＬ平面上に存在する光源
１に対応するイメージセンサ４上の位置はＨ−Ｌとなる
。

そこでＬ番目からＣ番目までの位置に対応する角度を８
０°Ｃから引くことにより角度９を簡単な比例計算で求
めることができる。

第４図は以上説明した演算を実施するための回路図の構
成を示す、まず、スタイラスペン１０の光源出力部！１
が座標位置指示スイッチにより゛′オン″の状態にされ
ると、信号はＣＰＵに入りＣＰＵからセンサ４のＣＯＤ
素子列に読取り開始信号が送られる。同時に受光素子か
らの信号はＣＣＤ上のレジスタに収容され、次の読み出
しパルス信号にしたがって、シリアルにアナログ情報と
して２値化回路２０に出力される。さらにこの信号は基
準信号を介して２値化され、ＣＰＵに２値化された信号
の立ち上りおよび立ち下り時の読み出しパルスのカウン
ト値が送出され、先の手順により演算されホストとなる
情報処理装置に平面ＰＬにおける原点からの角度と距離
が信号として出力される。

よって、光源１のＸ−Ｙ座標上の座標値ｘｏおよびｙｏ
は ｘ＝　ｒｃｏｓｑ　　　　　　　　（１）ｙ＝ｒｓｉｎ
ソ　　　　　　　（２） 式（１）および（２）によって求められることになり、
受光素子列４上における幅りとそのときの角度θとを検
出することによって点Ａにおける座標（交。、ｙｏ）を
演算して読取ることができる。

第５図および第６図は本発明の一実施例を示し、これら
において、１０はその先端に例えば半導体の発光素子１
１が取付けられている指示ペンであり、発光素子１１を
座標入力平面ＰＬに接面させることによって平面Ｐ上に
光源出力部ｌを形成することができ、この光源出力部１
の座標を座標読取装置２によって検出するもので、その
ために、座標読取装置２は平面ＰＬの所定位置、たとえ
ば−隅に設けられている。

なお、以上の説明では受光素子列４を一列のラインセン
サとしたが、受光素子列を垂直のＺ軸方向にも配列させ
た２次元の面センサとすることによりＺ座標についても
同様の原理によって求めることが可能となり、読取装置
本体２と座標指示面ＰＬとの間に障害物がない限り３次
元の座標入力装置として構成することもできる。更にま
た座標指示手段に通常設けられている座標指示意志の伝
達スイッチのかわりに、指示ペンの上下動作すなわち、
Ｚ軸方向の位置の変化で座標指示意志を表示させるよう
にすればより一層使い勝手のよい光学的座標入力装置と
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、平面上の指示座
標位置に光源を発生させ、座標読取装置の本体に内蔵さ
れた受光素子列上に光学系を介して上記光源の結像を投
影させ、その結像の位置およびその幅、すなわち受光素
子列上に得られた複数の情報を検出することによりホス
トコンピュータ等で簡単な計算を行うことによって座標
を求めることができるので座標入力装置全体を小型軽量
とすることができるのみならず走査等の可動部分がない
ために、故障の虞も少なく簡便であり、かつ、座標を指
示する平面に対してその読取装置本体、及び、座標指示
手段がそれぞれ独立して設けられているため、本発明座
標入力装置を磁石やテープ等によって所望の機器に固定
するようになして、どのような平面上でもその座標の入
力および読取を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明光学式座標入力装置の構成を原理的に示
す説明図、 第２図および第３図は本発明による座標入力装置の座標
算出の一実施例を説明するためのそれぞれ幾何学図、 第４図は本発明による座標入力装置においてその回路の
構成を示すブロック図、 第５図および第６図は本発明のそれぞれ実施態様を示す
斜視図、 第７図は従来の光学式座標入力装置の構成の一例を示す
斜視図である。 Ｅ、Ｅｌ、Ｅ２・・・光源、 Ｆ、Ｆｌ、Ｆ２・・・受光部、 Ｐ・・・平板、 Ｌ・・・枠部材、 ＰＬ・・・座標入力平面、 １・・・光源出力部、 ２・・・座標読取装置、 ３・・・レンズ、 ４・・・受光素子列、 ５・・・光束、 １０・・・指示ペン、 １１・・・発光素子、 ２０・・・２値化回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 座標入力平面と、 該平面上の座標を指示する座標指示部材と、前記座標指
   示部材に配設され、前記座標入力平面上に向けて光を発
   生する光源と、 前記座標入力平面上の所定位置に配設され、前記光源か
   らの光を受光可能な１次元または２次元に配列された受
   光素子列と、 該受光素子列上の前記光源についての光像が得られる電
   気信号に応じて前記光源の指示する座標を演算して出力
   する手段とを具えたことを特徴とする光学式座標入力装
   置。