JPS62140132A - データ入力方法 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、走査光線の遮断を使用して１作業域内におけ
る対象物（ｏｂｊｅｃｔ　）　の位置を、データ処理装
置に入力するための座標等の機械位置情報に変換する装
置に関するものでちる。この作業域は通常表示装置の表
示面であシ、対象物は、通常ユーザが操作するスタイラ
ス（５ｔｙｌｕｓ　）、または人間の指である。

光線遮断データ入力装置では、移動する光線が対象物と
交差する時に得られる情報から表面の区域における対象
物の位置が確定できるように、作業域の表面に実質的に
平行な光線を掃引する可動部材が使用される。

光線が作業域内の対象物に当たると、光量の変化または
、同対象物からの光の反射等が生じ、それが、その時の
光線の角位置と共に、同対象物の位置の座標情報を与え
る計算に使われる。

Ｂ、従来の技術 光線の角位置を示すのに用いられる１つの方法は、光源
が取付けられた軸の角位置を電気信号に変換する、シャ
フト・エンコーダと称する装置の使用である。この種の
構成の例は、英国特許第１５７５４２０号および米国特
許第３６１５０６６号明細書に開示されている。

従来技術によるもう一つの方法は、光源の虚像である１
位置からの光線に相当する、作業域周囲の鏡からの反射
光を利用するものである。この種の構成の一例では、作
業域の周囲に取付けだ検出部材に当たる光線によって掃
引のタイミングが調整されるもので、１９８４年１１月
１日出願の米国特許出願番号０６７６６７５０９号明細
書に示されている。

この種の構成のもう一つの例は、１９８５年１０月２１
日出願の米国特許出願番号７８９６１０号明細書に示さ
れている。この構成では、直射光線および反射光線が、
作業域内の対象物と連続的に交差することから情報が得
られる。

Ｃ１発明が解決しようとする問題点 許容誤差を厳密に守って製造すれば、一般に満足すべき
動作特性（ｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ　）が得られるが、
機械的走査動作を電気的システムと精確に相関させるこ
とによって、光線遮断型のデータ入力装置において、位
置の精度を増し、簡単で、比較的安価な構成を実現する
ことができる。これは特に、作業域が表示装置の表示面
である場合に有利である。

Ｄ１問題点を解決するだめの手段 本発明は、特別の基準に対する位置のデータを与える走
査光線遮断型データ入力インター７エースについての、
電気信号系と機械的運動系とを相関させるものである。

特別の基準は、スキャナを通るベース・ラインの形で設
定される。電気信号系が、そのベース・ラインに対して
比較され、補正が入力される。

本発明は、測定しやすいように離して配置して既知のタ
ーゲット間の距離を較正ターゲットに与える較正用テン
プレート、スキャナの回転弧に関する電気系の信号およ
び幾何学的原理を組合せて使用して、走査掃引の開始時
の電気信号とベース・ラインとの差を確定し、その差を
較正に使用できるようにしている。

ここでは、スキャナ２台の場合について、本発明を説明
する。ただし、ここで説明する原理に照らせば、虚像源
を伴う適用が単なる原理の拡大であることは、当業者に
は自明のはずである。

２スキヤナ光線遮断データ入力装置は通常、掃引光線が
放射される２つの位置からの対象物への角度を測定する
。掃引光線は、通常それらの位置で、固定光を反射する
回転鏡によって生成される。

各鏡の回転軸は、両軸を通る線に垂直である。次に、作
業域内の対象物の座標を、装置中の距離の情報と角度と
の組合せから計算する。

しかし、この型の装置では、座標が角度の非線形関数で
あるため、角度測定時の系統誤差を、後の工程で補正す
ることは極めて因難である。この種の誤差には２種類あ
シ、目盛誤差（ｓｃａｌｉｎｇｅｒｒｏｒ　）および指
示誤差（１ｎｄｅｘ　　ｅｒｒｏｒ　）と呼ばれる。目
盛誤差は、スキャナの読取値の増加とスキャナの移動角
度の増加との間の比例定数が正しくないことによるもの
である。指示誤差は、ゼロ・カウントがある所期の基準
から測定したゼロ角度に対応しないと生じる。

まず目盛誤差を考えると、これは角度の読取り機構を備
えた、連続回転スキャナを使用することばよシ、除くこ
とができる。多くの種類の読取機構が可能であるが、回
転鏡スキャナ用に、特に便利な角度の読取り手段は、定
周波数のクロックによって増分されるディジタル・カウ
ンタである。

この種のカウンタは、スキャナの１回転ごとに、たとえ
ば、スキャナの光線が、信号検出光電管等の固定ターゲ
ットに当った時に、１度ゼロにリセットされる。次に光
線が、その角度が必要な作業域中の対象物と交差するた
びにカウント値を読み取ることができる。スキャナが均
一に回転するので、連続する走査で見られる固定ターゲ
ット間の読取９角は、既知の全スキャナ回転角に等しく
なければならず、したがって簡単な測定を使って目盛係
数を設定することができる。上記の読取シ機構は、この
種の測定に特に適している。スキャナの回転速度とクロ
ック周波数との関係がわかれば、駆動信号がカウンタの
クロック信号から導かれる同期電動機によって、スキャ
ナが駆動される場合と同様に、測定なしで目盛係数を計
算することができる。

読取値ゼロと、幾何学的基準線上の間の指示誤差は、そ
れよシも扱いにくい。かかる誤差は、自動的に除外する
ことはできず、測定した後、ＸＹ座標を計算する前に、
データから除去しなければならない。

かかる基準の１つは、各スキャナの回転軸を通る線であ
る。この基準線をベース・ラインと呼ぶ。

電気系の始動位置における掃引位置と、ベース・ライン
との角度を、指示誤差と呼ぶ。

一度指示誤差が求められると、それを対象物の位置の全
計算の補正に使ってベース・ラインに対する較正済み座
標を得ることができる。

Ｅ、実施例 第２図は、２スキヤナ光線遮断型装置における座標計算
に用いられる種類の情報を幾何学的に示したものである
。第２図で、スキャナ１および２は、それぞれ、ベース
・ライン乙に垂直な軸上を回転するように取シつけられ
ている。対象物、たとえば、人間の指またはスタイラス
４が、周囲６で囲まれた作業域５中にある場合、スキャ
ナ１からの光線７およびスキャナ２からの光線８がそれ
ぞれスタイラス４と交差し、生じる光量の変化が、ベー
ス・ライン乙の始めから、この交差地点までの回転角を
測定するのに用いられる。角度Ａ１およびＡ２の大きざ
と、スキャナ１の軸からスキャナ２への距離の情報を、
組み合わせて、通常の三角法の計算を使って、作業域５
内のスタイラス４の位置のＸ−Ｙ座標の値を求める。

この種の構成では、角度Ａ１およびＡ２の読取りを、ベ
ース・ライン３で開始できるように、部品を正確に配置
するには、コストがかかる。

本発明によれば、どんな指示誤差でも識別できるように
、特定の装置を較正することによって、装置が単純にな
シ、コストが低下し、正確さが増大する。この指示誤差
は、光線による掃引の開始を示す電気信号と、ベース・
ライン３との角度の差であり、したがって、指示誤差を
使って電気系と機械系を相関づけることができる。

第１図は、各スキャナの指示誤差を決定するだめの情報
を幾何学的に示したものである。第１図では、光線によ
る掃引の開始を示す電気信号と、ベース・ライン３との
指示誤差の角度がＲおよびＳで示されている。わかりや
すくするだめ、これらの角度は等しくないものとし、誇
張して示しである。

本発明によれば、指示誤差角度ＲおよびＳの大きさが確
定されると、次にこの特定の値を、装置内の各ｘ−ｙｉ
標の決定における補正に用いて、Ｘ−Ｙ座標値を基準ベ
ース・ライン６と関係づける。

本発明の方法を使うと、部品の位置決めと組立てが簡単
になる。装置を正常な作業順序で完全に組み立てる時に
、角度ＲおよびＳの値を確定することができる。

さらに第１図では、作業域５の周囲６内で、３つの較正
ターゲットＬ、ＭおよびＮが、仮座標系の６つの既知の
相対位置にある。中央のターゲツトＭは、計算を容易に
するだめ、仮座標系の原点にとってもよい。

２対の較正ターゲット点のそれぞれの間の角度は、掃引
光線が、光線の全掃引中に、これらの点のそれぞれにお
いて既知の角度でターゲットと交差する時、光量変化の
関係を使って、決定する。

回転弧に対する光量変化ＬＶのグラフを第６図に示す。

第３図では、装置の種類に応じて、開始を示すだめにた
とえば光線を検出用光電管に当ててパルスＳを発生させ
るなどの何らかの処置を行うと、均一な背景光量が遮断
されて、第１の光量変化を生じる。第１図のスキャナ１
が時計回りに回転すると仮定して、光線がある回転弧だ
け変位した後、較正ターゲラ）Ｎと交差するとき、次の
光量変化、この場合は光量の減少が生じる。次の回転弧
では、続いて較正ターゲラ）Ｍでの変化が生じ、それに
続いて、さらに大きな回転弧では、続く較正ターゲット
しての変化が生じる。スキャナが完全に回転した後、信
号はＳ’、Ｎ’、Ｍ’およびＬ′　で示すように繰返さ
れる。光線で走査されたＳとＳ′との間の角度は正確に
知られており、たとえば１つの鏡面を有するスキャナで
は７２０°　である。次に、スキャナ１について、較正
ターゲット対ＮとＭの間の内角Ａ、および較正ターゲッ
ト対ＭとＬの間の内角Ｂを、第３図のグラフに関連して
、夫々角ＡについてはＮとＭの間の回転の読取値、角Ｂ
についてはＭとＬの間の回転の読取値に関するＳとＳ′
の間の全回転の読取値に対しての比を使って測定する。

スキャナ２についても、同じ手順を用いて角ＣおよびＤ
を測定する。

較正ターゲットＬ、ＭおよびＮば、第４図に示すように
、テンプレートを用いて位置決めすることができる。す
なわち、ユーザと表示面５との間に、表示面５上を移動
する光線を与える２つのスキャナ１および２を有する、
陰極線管表示装置１００作業域表面５の上に、テンプレ
ート１１を設け、１２，１３および１４で固定する。こ
のテンプレート１１は、都合のよい材料ならどんなもの
でもよく、意図的に除去するまでは動かないように固定
する。テンプレートは、表示面５に垂直な鉛筆等の、移
動する光線を遮断する対象物のだめの既知の３つの位置
１５．１６および１７を与える。位置１５．１６および
１７にある対象物は、第１図の較正ターゲットＬ、Ｍお
よびＮに対応する。相対位置データをとる際には、もち
ろん、同時でなく、順次示される異なるターゲットの測
定の間に、テンプレートが移動しないことが必要である
。しかし、この方法の非常に重要な利点は、テンプレー
トの位置が計算には入らないことであり、したがって、
固定位置を維持する以外に、位置決めに注意を払う必要
はない。

第１図および第６図の説明から、一度仮座標系でスキャ
ナ１および２の位置を計算すると、走査軸間の線３の方
位角が確定され、これが行われると、幾何学的原理を応
用して、指示誤差ＲおよびＳを計算するのに十分な情報
が得られる。

第１図に戻ると、較正ターゲット対しおよびＭを通る点
の軌跡は、線Ｌ−Ｍを前述のようにして求めた角Ｂでみ
るすべての点と共に、既知のターゲット間の線Ｌ−Ｍを
弦とする円である。スキャナ１は、この円周上にあるは
ずである。同じことが、ターゲット対ＭとＮについても
いえる。ＭｌＮおよびスキャナ１を通る点の軌跡を表わ
す円は、スキャナ１において、Ｌ％Ｍおよびスキャナ１
を通る円と交わる。このことを、スキャナ１について、
第５図に示す。

同じことがスキャナ２についてもいえる。仮座標系にお
けるスキャナ２の位置を、角ＣおよびＤを使って、同様
に求めることができる。

仮座標系で、第１図および第２図の線６上の、スキャナ
１および２の回転軸である２つの点のＸ−Ｙ座標が確定
されると、どのターゲットの実際の角度も計算すること
ができる。次に、指示誤差ＲおよびＳを、電気的開始信
号から夕１１定した読取り角から、ターゲットまでの実
際の角度を差引くことによって確定することができる。

この指示角の補正を使って、走査光遮断型データ入力装
置で、電気的タイミングを機誠的な運動と相関づける。

仮座標を定義する。計算を簡単にするため、第１図の６
つの較正ターゲット、Ｌ、ＭおよびＮは、系の原点が中
央ターゲットになるようＸ軸上に選定する。これらのタ
ーゲットをＦ、ＧおよびＨとし、その位置を第６図に関
連して説明する。図示したように、Ｆ、ＧおよびＨはＸ
軸上にあり、Ｇは、ｙ軸上にあって仮座標の原点を定義
する。したがって、仮座標をＴで表すと、ＦのＸおよび
Ｘ座標は一６ＴＦおよびＱＴＦで表わされ、原点となる
ＧのＸおよびＸ座標は共にＤＴＧで表わされ、ＨのＸお
よびＸ座標は６ＴＨおよびＯＴＨで表わされる。

先ず第１図および第２図で１で示した左側のスキャナを
考えると、第６図でターゲット対ＦとＧ１およびＧとＨ
がなす角度、ＡＬｌおよびＡＬ２が、電気的開始信号か
ら、各ターゲットで第３図に示すような光量変化が生じ
るまでの電気角を連続的に測定し、回転弧を掃引角度と
関係づけることによって確定される。スキャナは、３６
０°回転する鏡であり、固定光源からの光を反射し、ま
た固定光源からの光は、反射角に等しい角度で、回転す
る鏡から反射されるだめ、１回転の間に掃引光線は７２
０°の弧を描いて移動することに注目しなければならな
い。したがって、ＡＬｌは、始点からターゲットＦが遮
断された時の光量変化までの回転弧の角度から、始点か
らターゲットＧが遮断された時の光量変化までの回転弧
の角度を差引いた角度である。ＡＬ２は、始点からター
ゲットＧが遮断された時の光量変化までの回転弧の角度
から、始点からターゲラ）Ｈが遮断された時の光量変化
までの回転弧の角度を差引いた角度である。

角ＡＬ１およびＡＬ２．ならびにターゲットＦ１Ｇおよ
びＨの位置は、スキャナ１のＸおよびＸ座標を設定する
のに用いられる。これは、円周上に点Ｆ、　Ｇおよびそ
のスキャナを含む、角ＡＬ１点の円軌跡を使って行なわ
れる。

第７図は、無限にある可能なスキャナ位置のうちの２つ
、点ＩおよびＪの円軌跡２０を示す。

円周上に点Ｇ、Ｈオよびスキャナを含む、角ＡＬ２に向
き合う点の円軌跡は、第７図に示す円と類似した別の円
となる。これら２つの円を、その交点、Ｘ座標−５ＴＩ
、Ｙ座標６Ｔ１にある左側のスキャナ１とともに、第８
図に示す。

ＡＬｌの円の中心２１の座標は、式１および２に示すよ
うに、円の中心２１の座標としてＸＣ１およびＹＣｌを
使って求められる。

式Ｉ　　ＸＣ１＝０．５ＸＴＦ ＡＬ２の円の中心２２の座標は、式３および４に示すよ
うに、円の中心２２の座標としてＸＣ２およびＹＣ２を
使って求められる。

式３　　　Ｘ　Ｃ２＝　０．５　Ｘ　Ｔ　Ｈ計算は、タ
ーゲットＧを、座標系の原点にとることによって簡単に
なる。

円の中心２１および２２の座標が決まったので、次に交
点の座標を求める必要がある。

第８図で、円の中心を結ぶ線２１−２２の勾配Ｍは式５
によって表わされる。式中０１は中心２１、Ｃ２は中心
２２である。

この線を表わす標準画法幾何方程式（ｓｔａｎｄａｒｄ
ｄｅｓｃｒｉｐｔｆｖｅ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ　ｅｑｕ
ａｔｉｏｎ）は、式６のとおシである。

式６　　　Ｙ＝ＹＣ１＋Ｍ（Ｘ−ＸＣ１）この２つの円
の交点について、＃２１−２２が、中心すなわち仮座標
系の原点Ｇとスキャナーとを結ぶ線Ｇ−１と直交すると
いう原理がある。

初等微積分掌から知られるように、この時の線Ｇ−１の
勾配は、式７に示すように、紳２１−２２の勾配の負の
逆数である。

式７　　勾配ｃ−１””Ｍ 線Ｇ−１は原点Ｇを通るので、画法幾何方程式は式８の
ようになる。

式Ｂｙ＝−− Ｍ これらの線２１−２２およびＧ−１は、点にで交差する
。点には、原点Ｇおよびスキャナ１から等距離にある。

したがって、スキャナの座標は、点にの座標（ＸＫ、Ｙ
Ｋ）を求めた後、この値を２倍することによって求めら
れる。

座標（ＸＫ、ＹＫ）は、式６および８を同時に解くこと
によって求められる。

スキャナの座標（ＸＩ、Ｙｌ）は、式９および１０のＸ
ＫおよびＹＫを２倍することによって求められる。

第１図の角ＣおよびＤに相当する角、すなわち第６図で
は、スキャナ２（図示せず）を起点とし、ＨおよびＧが
なす第１図の角りに相当する角、ならびにＧおよびＦが
なす第１図の角Ｃに相当する角を使用して、スキャナ１
のＸｌおよびＹｌを求める手順を、スキャナ２について
繰返すことができる。

スキャナ２は、２スキャナ方式でレマ実際のスキャナ、
また単一スキャナ方式ではスキャナの虚像とすることが
できる。

各スキャナ１および２のＸおよびｙ座標が得られると、
第９図に示すように、２点およびその間隔が定められた
ので、線３についての情報はすべて得られている。

右側のスキャナ２について考えると、始点からターゲッ
トＧについての光指示までの電気的に示される角ＡＥＲ
２が求められたが、実際の角度ＡＡＲ２と指示誤差Ｓと
の和が、求められたＡＥＲ２の値に等しくなる。

指示誤差Ｓは、第１０図を参照して、次のようにして求
められる。すなわち、スキャナ２の回転軸を通る線ＡＢ
は、ターゲラ）Ｆ、ＧおよびＨが載っている仮座標系の
Ｘ軸に平行である。線ＢＣは、原点をＧとする仮座標系
の仮Ｘ軸に直交する。

求める角はＡＡＲ２である。

スキャナ１および２の間の線３は、仮Ｘ軸に対して傾斜
している。第１０図で、この傾斜角をＡＴで表わすが、
これは式１３から求められる。

第１０図において、線ＡＢとＸ軸の間の対角線ＢＧの内
角Ａ１は、式１４で表わされる。

三角形ＧＣＢは直角三角形であるので、角Ａ２は式１５
で表わされる。

式ｉ５　　　Ａ２＝９０−ＡＩ また、角ＡＢＣは直角であるので、その関係は式１６で
表わされる。

式１６　　９０＝ＡＴ＋ＡＡＲ２＋Ａ２式１５および１
６から、式１７が導びかれる。

式１７　　　ＡＡＲ２＝Ａｉ−ＡＴ しだがって、ＡＴは式１３から求められ、ＡＩは式１４
から求められ、ＡＥＲ２は測定によって求められるので
、右側のスキャナ２０線乙の指示誤差は、式１８から求
められる。

式１８　　０Ｒ＝Ｓ＝ＡＡＲ２−ＡＥＲ２ＯＬすなわち
左側のスキャナ１の指示誤差も、同じ方法で求められる
。

次に指示誤差を、各角度測定値から差引いて、それを使
って機械運動と電気信号を相関させ、それによってすべ
ての角度の測定値を補正する。

本発明に用いる計算をデータ処理で実行する場合、角度
に応じて増加するディジタル数を使うと計算が容易にな
る。

電気的装置に関して、測定値の組合せを使用するという
原理の範囲内で、多くの変形および置換が行なえ、幾何
学的原理の応用により、電気的装置の基準と、機械運動
装置の基準の間の変動が補正できることは、画業者にと
っては自明である。

Ｆ、発明の効果 本発明によれば、テンプレートの角度情報を与え、スキ
ャナ読取シ測定値を得、幾何学的原理に基づく計算を利
用することによって、簡単且つ低コストでしかも正確に
、指示誤差を確定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の較正原理に関係する角度および距
離を幾何学的に示した説明図、第２図は、２スキヤナ型
光線遮断データ入力装置における作業域内の対象物の位
置を計算するのに用いる情報を幾何学的に示した説明図
、第３図は、光線遮断データ入力装置中の光量の変化と
掃引回転弧の関係を示すグラフ、第４図は、較正ターゲ
ットをもたらすテンプレートを備えた表示面上の、光線
遮断型データ入力を示す三次元概略図、第５図は、スキ
ャナの位置を確定するのに用いる交差する円を幾何学的
に示す説明図、第６図は、仮座標系で較正ターゲット、
１つのスキャナおよびターゲット間の角度を幾何学的に
示す説明図、第７図は、１対のターゲットおよび１つの
スキャナを通る点の円軌跡を幾何学的に示す説明図、第
８図は、２つの点の円軌跡の交点によって、スキャナ位
置を幾何学的に示す説明図、第９図は、電気的に示した
角度と、実際の角度との関係を幾何学的に示す説明図、
第１０図は、仮座標系でベース・ラインの角度を幾何学
的に示す説明図であるう１．２・・・・スキャナ、６・
・・・ペース・ライン、５・・・・作業域、７．８・・
・・光線。 出願人インタブナシサル・ビジネス・マシーンズ・コー
ポメーンヨン代理人　弁理士　　岡　　　１）　　次　
　　生（外１名） 第１図 第２図 ｙ　　　　　第８図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）作業域内の対象物の位置を走査光の遮断によつて
   決定する型式のデータ入力装置において、電気信号のタ
   イミングおよび機械的掃引の動作を調整して行なうデー
   タ入力方法であつて、 機械的走査掃引動作の開始を示す電気信号が発生した時
   の機械的掃引動作の位置と、走査軸を通るベース・ライ
   ンとの間の指示角度の差を決定し、各走査光遮断時に、
   加算または減算のうち少なくとも１つにより、示された
   角度から前記指示角度の差を補正することを含む前記の
   方法。
2. （２）前記のベース・ラインが、２つの機械的掃引動作
   手段の走査軸を通る、特許請求範囲第（１）項記載の方
   法。
3. （３）１作業域中の対象物の位置を、前記作業域に垂直
   な軸の周囲を掃引する光線と対象物との交点における角
   度測定情報によつて決定する型式のデータ入力装置にお
   いて、 前記光線の掃引開始の電気的指示と前記データの座標系
   に関する基準線との間の指示誤差角度の差を決定する手
   段と、 前記角度測定情報のそれぞれから、前記指示誤差角度の
   差を代数的に減算する手段と、 を設けたことを特徴とする前記の装置。
4. （４）前記光線が、固定光源からの光を反射する連続回
   転鏡によるものである、特許請求範囲第（３）項記載の
   装置。
5. （５）前記決定手段が、前記作業域に設けたテンプレー
   ト内に位置する試験対象物の位置情報を含む、特許請求
   範囲第（３）項記載の装置。