JPH0231415B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は情報板と該情報板上を移動自在に構成
された操作部からなる座標入力装置に関し、特に
発光部と情報板と受光部から成る反射光学系を有
し、操作部自体が自己の移動量及び移動方向を検
出可能な座標入力装置に関するものである。

［従来技術］ 操作部自体が自己の移動量や移動方向を検出し
て外部情報処理装置に座標情報の入力をする座標
入力装置が普及している。この種の座標入力装置
は従来のカーソル移動用キー等に比べて入力の操
作性が格段に良く、またライトペンのように画面
に直接手を延ばして操作する必要がないこと等
数々の利点があるからである。

従来、この種の座標入力装置ではボールのころ
がりから移動を検出するもの、或いは抵抗による
電圧降下の値から座標値を得るもの、或いは電磁
誘導方式によるもの等様々なものが提案されてい
る。しかしながら機械式の部分を含むものは耐久
性や精度の面において不満があり、電圧降下式や
電磁誘導方式のものは外乱による影響を受け易い
という欠点があつた。

［目的］ 本発明は上述した従来技術の欠点に鑑みて成さ
れたものであつて、その目的とする所は、情報板
上に形成された単純で耐久性のある模様を光学的
に読み取ることにより座標の読取精度と信頼性が
高く且つ電磁的外乱による影響を受けない座標入
力装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数の受光手段とその複
数の受光手段からの出力信号より、移動方向及
び、移動量を出力する座標入力装置を提供するこ
とである。

［実施例］ 以下、添付図面に従つて本発明に係る一実施例
の座標入力装置を詳細に説明する。

第１図は本発明に係る一実施例の座標入力装置
の外観を示す斜視図である。図において、１は黒
い面２に複数の白い円３がマトリツクス状に描か
れた情報板、４は手動により情報板１上を自在に
移動し、板上の模様を光学的に検出することによ
りその移動量と移動方向の情報を求めて出力する
操作部である。

第２図は情報板１の一部表面を拡大して示す部
分拡大図である。図において、マトリツクス状に
配置された白い円３の各中心は等間隔ａになつて
いる。従つて操作部４の光学系が１つの円から他
の円に移動したことを検出すれば情報板１のＸ軸
又はＹ軸について操作部４が１単位移動したこと
が分る。１単位(a)の大きさは操作部４の操作に適
した移動範囲と関連して妥当な大きさのものに決
められる。１単位が大きければ操作部を大きな量
移動しても少ない座標情報しか得られないから操
作性が低下する。また１単位をあまり小さくする
とかえつて検出が敏感になり、操作部４の僅かな
振動でも座標情報を発生してしまうから操作性を
不安定にさせる。従つて最も典型的なものは操作
部４の１単位の移動が画面上の１ドツトの移動に
対応する場合であり、且つその画面全体の移動を
適当な大きさの情報板上で操作可能とすることで
ある。

本実施例の情報板１は円３の内側を白として面
２を黒としたがその逆であつても良い。またその
色彩も白と黒の２色に限るものではない。要する
に円３の内側と面２の反射率が相対的に異なる構
造のものであれば本発明の目的を十分に達するこ
とができる。

第３図は操作部４の原理的な構成を示す断面図
である。図において、操作部４は使用の際に手の
平で握り込むような頭部４₁を有する。また操作
部４の下側には適当な広さを有するすべり面４₂
が設けられており該操作部４はすべり面４₂を介
して情報板１の面上を移動自在である。操作部４
の内側に設けられた５，９，６は情報板１上に光
線束を照射する発光部である。例えば光源として
LED、タングテンランプ、レーザ等の発光素子
を用いることができる。或いは単一の発光素子を
光源として用いその光を光フアイバスコープなど
を用いて複数光路に分散して導き、光フアイバス
コープの端面を各発光部の位置に配するようにし
てもよい。また１０，１４，１１は情報板１上で
反射した光線束を検出する受光部である。受光部
には例えばフオトダイオード、フオトトランジス
タ、Cds等が用いられる。こうして各発光部５，
９，６から照射された光は情報板１の表面で反射
されて各受光部１０，１４，１１に入射するよう
光学系Ａ，Ｂ，Ｃが構成されている。図のように
操作部４がある１つの円ｂの真上にあるときは、
発光部９から発射された光はその全部が受光部１
４に入射し、他の発光部５と６から発射された光
はほぼその半分が面２の黒によつて吸収され、残
りの半分が受光部１０と１１に入射する関係にあ
る。従つて操作部４の位置が左右（Ｘ軸）方向に
僅かでもずれれば光学系Ｂについては全く影響が
ないが光学系ＡとＣについては正反対の状態に移
行することが理解される。

さて、このような光学系はＸ軸とＹ軸について
必要になる。第４図は操作部４内の光学系の原理
的構成を示す斜視図である。今、仮に操作板１の
Ｘ軸を図の方向に想定した場合はこれと直角に交
わるＹ軸上の位置に光学系ＤとＥが対応するよう
設けられている。これら光学系Ｄ，Ｂ，Ｅの構成
と配置は第３図において述べたものと同様であ
る。即ち、光学系Ｄは発光部７と受光部１２とか
ら成り、光学系Ｅは発光部８と受光部１３とから
成つている。そして中心の光学系Ｂが円３の中心
に当るときは他の４つの光学系Ａ，Ｃ，Ｄ，Ｅは
円３のほぼ円周上に当るようになつている。この
ような構成により情報板１のＸ軸に対してもＹ軸
に対しても同様のアルゴリズムでその移動量の検
出や移動方向の検出が行なえることになる。

尚、操作部４の実際上の使用に際しては情報板
１上に想定したＸ軸とＹ軸に対して操作部４の光
学系に想定したX′軸とY′軸が重ならない状態は
十分に起る。このような状態は操作部４の持ち方
や操作部を移動する手の先の回動運動によつて引
き起こされる。しかしこの場合でも情報板１上の
検出対象物は円であるから軸方向の重なりが多少
ずれても何ら問題とはならない。このように操作
部４は機械式の部分を含まないから精度の高いも
のが容易に構成でき、且つその精度は長い間の使
用によつても失われない。また内部の光学系は操
作部４により囲まれているから外部からの光は実
質的に遮断され、外乱とはなり得ない。また光学
系は電磁界による影響も受けない。

上述した操作部４が情報板１上を移動されると
きは夫々の光学系から特徴的な検出信号が発生さ
れる。第５図はこのような検出信号を処理して操
作部４の移動量と移動方向とを求める構成を示す
ブロツク図である。また第６図ｂ，ｃは第６図ａ
のように情報板１上で操作部４を現位置からＸ軸
の正方向に４単位及びＹ軸の負方向に２単位移動
させた場合の各部の信号波形を示す図であり、第
７図ｂ，ｃは第７図ａのように操作部４を第６図
と逆の方向に移動させた場合の各部の信号波形を
示す図である。以下これらの図を参照して本実施
例装置の動作を説明する。

第５図には円３の中心に位置された受光部１４
とその円周上に位置された受光部１０〜１３が示
されている。情報板１のＸ軸に対応する受光部１
０と１１が出力する信号VlとVrは夫々差動増幅
回路１５の正と負の入力端子に入力されており、
差動増幅回路１５の出力端子からはその差分出力
号Vx（＝Vl−Vr）が出力される。従つて、図の
ように受光部１０と１１が円３上に左右対称に位
置するときは差動増幅回路１５の出力が０ボルト
であり、また操作部４が少し左にずれると−Vx
の信号を出力し、少し右にずれると＋Vxの信号
を出力する。この関係に従つて操作部４を情報板
１上で左右方向に移動させた場合の信号波形は第
６図ｂと第７図ｂの信号Vxにより示されている。
ここで時間軸ｔは第６図ｂと第７図ｂとにおいて
その向きが逆になつていることに注意されたい。
操作部４の移動方向にあわせて時間軸ｔを設けそ
の方向に信号Vxを表わしたからである。後述す
る他の信号の場合についても同様である。

差動増幅回路１６からは差分出力信号Vy（＝
Vu−Vd）が出力される。操作部４が図の位置か
ら少し上にずれると差動増幅回路１６は−Vyの
信号を出力し、少し下にずれると＋Vyの信号を
出力する。この関係に従つて操作部４を情報板１
上で上下方向に移動させた場合の信号波形は第６
図ｂ，ｃと第７図ｂ，ｃの信号Vyにより示され
ている。

受光部１４からの信号はそのまま信号Vmとな
る。受光部１４は操作部４の光学系Ｂが円３の上
を移動中である間＋Vmの信号を出力する。

１７〜１９はヒステリシス特性を持たせた波形
整形回路である。各信号Vx，Vy，Vmは夫々の
波形整形回路１７，１８，１９を通されて矩形波
信号Vx′，Vy′，Vm′に整形される。ヒステリシ
ス特性を持つたスレツシユホルドレベルは例えば
第６図ｂ及びｃのレベル３３〜３８によつて示さ
れている。第７図ｂ及びｃについても同様であ
る。このスレツシユホルドレベルとの関係におい
て信号Vxがレベル３３を正の方向に越えたとき
は波形整形回路１７の出力端子に＋１の信号を出
力し、信号Vxがレベル３４を負の方向に越えた
ときはその出力端子に−１の信号を出力する。信
号Vyと矩形信号Vy′との関係についても同様で
ある。また信号Vmは受光部１４が円３の上にあ
るときだけ正であり面２の上にあるときは０ボル
トである。従つて波形整形回路１９の出力端子に
現れる矩形信号Vm′は受光部１４が円３の上にあ
るときだけ＋１の信号であり面２の上にあるとき
は０ボルトの信号である。

以上の各信号を第６図ｂ，ｃと第７図ｂ，ｃに
ついて対比すると以下のことが分る。先ず矩形信
号Vm′については時間軸ｔにそつて操作部４がど
ちら方向に移動した場合でもそのタイミング、レ
ベルに差異を生じない。しかし矩形信号Vx′につ
いては差異を生じる。これは光学系Ａ，Ｃの各検
出信号を一定の極性をもつて差動増幅回路の差分
入力としたことと、その差分出力信号をヒステリ
シス特性のある波形整形回路で矩形化したことに
よる結果である。この差異に基づいて、方向検出
回路２２は矩形信号Vm′の各立ち下がりで矩形信
号Vx′のレベルを調べそのレベルが＋１であれば
操作部の移動方向を正方向と、またそのレベルが
−１であれば操作部の移動方向を負方向と判断す
る。Ｘ軸の移動量検出回路２０は矩形信号Vx′に
ついてその立ち上がり又は立ち下がりを検出して
計数し、１単位の整数倍の移動量を求める。また
もし立ち上りと立ち下りの両方を計数するように
すれば計数結果が奇数となつたときに１単位の1/
２の大きさまで移動量を検出できることになる。
Ｙ軸の方向検出回路２３及び移動量検出回路２１
についても同様である。こうして情報化された移
動量と移動方向のデータ４２〜４５はシリアル変
換器２４を介してホストコンピユータ２５に送ら
れる。このように情報化された移動量と移動方向
を求める構成を操作部４内に設けておくとホスト
コンピユータ２５には最終的に求めた移動量と移
動方向のデジタル信号のみを送信すれば良いから
常に信頼性の高い座標情報入力が行なえる。

尚、上述した本実施例では受光部１０〜１４に
デイスクリートな受光素子を用いたがこれに限る
ものではない。例えば各受光部の位置に光フアイ
バスコープの端面を配し、夫々の端面で受光した
光を別の場所に導いて光電変換素子（CCDライ
ンセンサ）で読み取ることも可能である。また発
光部にも光フアイバスコープを使用可能であるこ
とは前に述べた。こうすれば受光素子のみならず
発光素子の選択、配置の自由度が高まり操作部先
端の検出部形状をペン先のように細くすることも
できる。しかも素子取付や調整が容易になるばか
りでなく検出信号を光で導びけば電磁気的外乱に
対しても強くなり信頼性も向上する。

また移動量検出を前述の矩形信号Vx′及び
Vy′の各エツジを計数して行なう際に、それを立
ち上がり又は立ち下がりについて計数するか、或
いは立ち上がりと立ち下がりの両方について計数
するかを選択するスイツチ手段を設けることによ
つて移動量検出の分解能をコントロールするよう
にもできる。

［効果］ 以上の如く本発明に係る座標入力装置によれ
ば、操作部の検出方式は光学式であり機械式の部
分を一切含まない。従つて摩耗部が無く高い読取
精度がいつまでも保たれる。また光学式の検出方
法を採用しているから電磁的ノイズ等の外乱によ
る影響を受けることも無い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る一実施例の座標入力装置
の外観を示す斜視図、第２図は第１図の情報板の
一部表面を拡大して示す部分拡大図、第３図は操
作部の原理的な構成を示す断面図、第４図は操作
部内の光学系の原理的構成を示す斜視図、第５図
は光学系の検出信号を処理して操作部の移動量と
移動方向とを求める構成を示すブロツク図、第６
図ａ〜ｃは情報板上で操作部を移動させた場合の
各部の信号波形を示す図、第７図ａ〜ｃは操作部
を第６図と逆の方向に移動させた場合の各部の信
号波形を示す図である。 ここで、１……情報板、２……面、３……円、
４……操作部、５〜９……発光部、１０〜１４…
…受光部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 情報板と該情報板上を移動自在に構成された
   操作部とを備える座標入力装置において、 前記情報板面には、中心に対して点対象な図形
   模様が複数等間隔でマトリクス状に配され、 前記操作部内には、前記情報板上の図形模様の
   外周の内側に位置するように、当該図形模様の中
   心に対して点対象な位置に配された複数の第１検
   知手段と、前記情報板上の図形模様の中央部分と
   重なる位置に配された第２検知手段と、前記第１
   検知手段の出力変化に基いて移動距離を検知する
   移動距離検知手段と、前記第２検知手段の出力変
   化に基いて移動方向を検知する移動方向検知手段
   とを備えることを特徴とする座標入力装置。