JPH0675686A - Optical position measuring instrument - Google Patents

Optical position measuring instrument

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JPH0675686A
JPH0675686A JP24854892A JP24854892A JPH0675686A JP H0675686 A JPH0675686 A JP H0675686A JP 24854892 A JP24854892 A JP 24854892A JP 24854892 A JP24854892 A JP 24854892A JP H0675686 A JPH0675686 A JP H0675686A
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light beam
light
detecting means
detecting
measuring device
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Yasuji Ogawa
保二 小川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 光学式位置測定装置の機械的誤差を排除して
測定精度を改善する。 【構成】 光学式位置測定装置は、光ビームを発射する
光ビーム発射手段1R,1Lと、光ビームを偏向する偏
向手段2R,2Lと、偏向された光ビームVR,VLが
指定された位置を通過した事を検出する位置指示手段4
と、該検出に同期して光ビームVR,VLの偏向量を測
定する偏向量検出手段とからなる。この偏向量検出手段
は、該偏向手段2R,2Lと該位置指示手段4の間に各
々介在し、光学的に直接光ビームVR,VLの方向を検
出する光ビーム検出手段3R,3Lから構成されてい
る。
(57) [Abstract] [Purpose] To eliminate the mechanical error of the optical position measuring device and improve the measurement accuracy. The optical position measuring apparatus includes light beam emitting means 1R and 1L for emitting a light beam, deflecting means 2R and 2L for deflecting the light beam, and positions where the deflected light beams VR and VL are designated. Position indicating means 4 for detecting passage
And a deflection amount detecting means for measuring the deflection amounts of the light beams VR and VL in synchronization with the detection. The deflection amount detecting means is composed of light beam detecting means 3R, 3L which are respectively interposed between the deflecting means 2R, 2L and the position indicating means 4 and optically detect the directions of the light beams VR, VL directly. ing.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は光学式位置測定装置に関
する。具体的には、二次元座標を指定して図形等を入力
する為の座標入力装置あるいはデジタイザに関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an optical position measuring device. Specifically, the present invention relates to a coordinate input device or digitizer for inputting a figure or the like by designating two-dimensional coordinates.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から光学式位置測定装置としては、
光ビームを用いた三角測量方式のものが知られており、
例えば特開平3−5805号公報に開示されている。本
発明の背景を明らかにする為に、図6を参照してこの従
来例を簡潔に説明する。この従来装置は光反射型カーソ
ル101を有する。入力すべき座標を指定する為にカー
ソル101は、XY座標面102に沿って移動可能に配
置される。カーソル101は所定座標を指定する為にそ
の中心軸Pが所定点に合わせられる。カーソル101の
中心軸に向う光路に沿った光ビームはカーソル101の
円筒形反射面により反射され、同一の光路に沿って逆進
する様になっている。座標面102の上縁部にはX軸に
沿って左右一対の光源ユニットL,Rが載置されてい
る。右側の光源ユニットRは、座標面102に沿って角
的に走査しながら光ビームVRを偏向し、且つ光ビーム
VRがカーソル101の中心軸Pに一致した時反射され
逆進してくる光ビームVRを受光し検出信号を発生す
る。又、左側の光源ユニットLは、X軸上に沿って右側
の光源ユニットRから距離dだけ離間して配置され、同
様に座標面102に沿って角的に走査しながら光ビーム
VLを偏向する。光ビームVLがカーソル101の中心
軸Pに一致した時反射され、逆進してくる光ビームVL
は同一の光源ユニットLにより受光され検出信号が出力
される。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an optical position measuring device,
A triangulation method using a light beam is known,
For example, it is disclosed in JP-A-3-5805. In order to clarify the background of the present invention, this conventional example will be briefly described with reference to FIG. This conventional device has a light reflection type cursor 101. The cursor 101 is movably arranged along the XY coordinate plane 102 for designating the coordinates to be input. The central axis P of the cursor 101 is aligned with a predetermined point in order to specify a predetermined coordinate. The light beam along the optical path toward the central axis of the cursor 101 is reflected by the cylindrical reflecting surface of the cursor 101 and moves backward along the same optical path. A pair of left and right light source units L and R are mounted on the upper edge of the coordinate plane 102 along the X axis. The light source unit R on the right side deflects the light beam VR while angularly scanning it along the coordinate plane 102, and when the light beam VR coincides with the central axis P of the cursor 101, the light beam is reflected and moves backward. It receives VR and generates a detection signal. The left light source unit L is arranged along the X-axis with a distance d from the right light source unit R, and similarly deflects the light beam VL while angularly scanning along the coordinate plane 102. . When the light beam VL coincides with the central axis P of the cursor 101, the light beam VL is reflected and moves backward.
Are received by the same light source unit L and a detection signal is output.

【0003】この従来装置は一対の光源ユニットR,L
に接続された計算部103を有する。計算部103は右
側の光源ユニットRから送られる出力信号に基いて、逆
進光ビームVRとX軸とのなす角θRを計算し、左側の
光源ユニットLから送られる出力信号に基いて逆進光ビ
ームVLとX軸とのなす角θLを計算する。さらにこれ
ら計算された角度値θR及びθLと一対の光源ユニット
間距離dを用いて三角測量の原理に従ってカーソル10
1により指定された座標を計算する。
This conventional device is a pair of light source units R and L.
Has a calculation unit 103 connected to. The calculation unit 103 calculates the angle θR formed by the backward light beam VR and the X axis based on the output signal sent from the light source unit R on the right side, and goes backward based on the output signal sent from the light source unit L on the left side. The angle θL formed by the light beam VL and the X axis is calculated. Further, using the calculated angle values θR and θL and the distance d between the pair of light source units, the cursor 10 is operated according to the principle of triangulation.
Calculate the coordinates specified by 1.

【0004】図7は光源ユニットRの光学的構成を示す
図である。なお他の光源ユニットLも同一の構成を有す
る。光源ユニットRは光ビームをX軸に沿って発射する
レーザ光源119と、光ビームを角的に偏向する為に一
定角速度で回転する回転反射鏡120と、逆進光ビーム
を受光し検出信号を発生する受光素子121を有する。
図から明らかな様に、レーザ光源119から発射した光
ビームはハーフミラー122を通過して回転反射鏡12
0の回転中心に向う。ここで光ビームは一定角速度で偏
向され、前述した様にカーソルの中心軸に一致した時反
射され逆進して回転反射鏡120に戻りここでさらに反
射してハーフミラー122に進む。逆進光ビームはハー
フミラー122によって分離され、フィルタを介して受
光素子121により受光される。受光素子121は受光
タイミングに同期して検出パルスGを出力する。
FIG. 7 is a diagram showing an optical configuration of the light source unit R. The other light source units L also have the same configuration. The light source unit R receives a detection signal by receiving a laser light source 119 that emits a light beam along the X-axis, a rotary reflecting mirror 120 that rotates at a constant angular velocity to angularly deflect the light beam, and a backward light beam. It has a light receiving element 121 for generating light.
As is apparent from the figure, the light beam emitted from the laser light source 119 passes through the half mirror 122 and passes through the rotary reflecting mirror 12.
Go to the center of rotation of 0. Here, the light beam is deflected at a constant angular velocity, and as described above, it is reflected when it coincides with the central axis of the cursor, moves backward, returns to the rotary reflecting mirror 120, and further reflects there, and goes to the half mirror 122. The backward light beam is separated by the half mirror 122, and is received by the light receiving element 121 via the filter. The light receiving element 121 outputs the detection pulse G in synchronization with the light receiving timing.

【0005】回転反射鏡120は駆動回路123によっ
て一定角速度で回転される。駆動回路123は回転反射
鏡120の一回転周期毎にタイミングパルスFを出力す
る。これらタイミングパルスF及び検出パルスGは処理
回路124に入力され、所定の出力信号が得られる。こ
の出力信号は、タイミングパルスFを基準にして検出パ
ルスGが発生した時間間隔に合わせて出力されるので、
回転反射鏡120が一定角速度で回転している事を前提
として、前述した角度値θRを表わすものである。
The rotary reflecting mirror 120 is rotated at a constant angular velocity by a drive circuit 123. The drive circuit 123 outputs the timing pulse F every one rotation cycle of the rotary reflecting mirror 120. The timing pulse F and the detection pulse G are input to the processing circuit 124, and a predetermined output signal is obtained. Since this output signal is output according to the time interval in which the detection pulse G is generated with reference to the timing pulse F,
The above-mentioned angle value θR is represented on the assumption that the rotary reflecting mirror 120 is rotating at a constant angular velocity.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図8は、タイミングパ
ルスFと検出パルスGとの関係を示す模式的なタイミン
グチャートである。タイミングパルスFは回転反射鏡1
20が所定の周期Tで一回転する毎に所定のタイミング
例えば回転反射鏡120の法線がレーザ光源119から
の光ビームに平行となるタイミングで発生する。一方検
出パルスGは大ピークと続く小ピークを有する。大ピー
クは回転反射鏡120がレーザ光源119からの光ビー
ムに垂直に位置した状態で発生しタイミングパルスFと
同期しているとともにカーソル101からの逆進光ビー
ムとは無関係である。続く小ピークは光ビームの偏向走
査によりカーソル101からの逆進光ビームが受光され
たタイミングに同期しており、大ピークからt時間後に
発生したとすると、この時間tは求める角度値θRに比
例的に関係している。数式で表わすと、θR=4π×t
/Tの様になる。
FIG. 8 is a schematic timing chart showing the relationship between the timing pulse F and the detection pulse G. The timing pulse F is the rotary reflecting mirror 1.
Each time 20 rotates once in a predetermined cycle T, it is generated at a predetermined timing, for example, at a timing when the normal line of the rotary reflecting mirror 120 is parallel to the light beam from the laser light source 119. On the other hand, the detection pulse G has a large peak and a subsequent small peak. The large peak occurs in the state where the rotary reflecting mirror 120 is positioned perpendicular to the light beam from the laser light source 119, is synchronized with the timing pulse F, and is independent of the backward light beam from the cursor 101. The subsequent small peak is synchronized with the timing at which the backward light beam from the cursor 101 is received by the deflection scanning of the light beam. If it occurs t hours after the large peak, this time t is proportional to the angle value θR to be obtained. Are related to each other. When expressed by a mathematical expression, θR = 4π × t
It becomes like / T.

【0007】上述した角度値θRの測定は、回転反射鏡
が一定角速度で回転する事を前提としている。しかしな
がら、実際には様々な要因により角速度が変動し、角度
値θRの測定精度が悪いという課題あるいは問題点があ
った。換言すると、回転反射鏡の駆動源となるモータ、
モータと回転反射鏡の接続機構、軸受け等の機械的精度
が測定精度に直接影響を及ぼすという欠点がある。従っ
て、測定精度を改善する為には、回転ムラの少ないモー
タと、摩擦のない軸受けに正確に接続された回転反射鏡
とが必要となる。この為、例えば極めて高価なエアベア
リング機構等が必要となり製造コストが非常に高くなる
という課題がある。
The above-described measurement of the angle value θR is based on the assumption that the rotary reflecting mirror rotates at a constant angular velocity. However, in reality, there are problems or problems that the angular velocity fluctuates due to various factors and the measurement accuracy of the angle value θR is poor. In other words, the motor that is the drive source of the rotary reflector,
There is a drawback in that the mechanical accuracy of the connection mechanism between the motor and the rotary reflecting mirror and the bearing directly affects the measurement accuracy. Therefore, in order to improve the measurement accuracy, a motor with less uneven rotation and a rotary reflecting mirror accurately connected to a frictionless bearing are required. Therefore, for example, an extremely expensive air bearing mechanism or the like is required, and there is a problem that the manufacturing cost becomes very high.

【0008】なお、モータや回転反射鏡等の可動部品を
用いない光学式位置測定装置も知られており、例えば特
開平3−196326号公報に開示されている。参考の
為、図9を参照してこの従来例を簡潔に説明する。位置
指定用の入力ペン201の先端には発光素子202が装
着されている。一方、受光部203は所定距離だけ離間
して配置された一対の光スポット位置検出素子204,
205を備えている。入力ペン201からの点発光は夫
々集光レンズ206,207を介して対応する光スポッ
ト位置検出素子に結像される。三角測量の原理に従っ
て、検出されたスポット位置に基き、指定された位置の
座標が計算部208により算出される。しかしながら、
この従来例では受光部203に対する入力ペン201の
距離が変化すると、合焦状態の光スポットが結像されな
い為指定位置の測定結果に大きな誤差が生じるという欠
点がある。従って、原理的に精度の観点から光ビーム偏
向方式を用いた構造の方が優れている。
An optical position measuring device which does not use moving parts such as a motor and a rotary reflecting mirror is also known, and is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-196326. For reference, this conventional example will be briefly described with reference to FIG. A light emitting element 202 is attached to the tip of an input pen 201 for position designation. On the other hand, the light receiving unit 203 includes a pair of light spot position detection elements 204, which are arranged with a predetermined distance therebetween.
It is equipped with 205. The point emission from the input pen 201 is imaged on the corresponding light spot position detecting element via the condenser lenses 206 and 207, respectively. According to the principle of triangulation, the coordinate of the designated position is calculated by the calculation unit 208 based on the detected spot position. However,
In this conventional example, if the distance of the input pen 201 with respect to the light receiving unit 203 changes, there is a drawback that a large error occurs in the measurement result of the designated position because the focused light spot is not imaged. Therefore, in principle, the structure using the light beam deflection method is superior from the viewpoint of accuracy.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、光ビー
ム偏向方式を用いた光学式位置測定装置においてモータ
や回転反射鏡等の機構部品の機械的精度が直接位置測定
精度に影響を及ぼす事のない光ビーム偏向量検出方式を
提供する事である。かかる目的を達成する為に以下の手
段を講じた。即ち、光ビームを発射する光ビーム発射手
段と、光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された光ビ
ームが指定された位置を通過した事を検出する位置指示
手段と、該検出に同期して該光ビームの偏向量を検出す
る偏向量検出手段とからなる光学式位置測定装置におい
て、前記偏向量検出手段が、該偏向手段と該位置指示手
段の間に介在し光学的に直接光ビーム方向を検出する光
ビーム検出手段からなる事を特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to directly influence the position measurement accuracy by the mechanical accuracy of mechanical parts such as a motor and a rotary reflecting mirror in an optical position measuring device using a light beam deflection system. The objective is to provide a light beam deflection amount detection method. The following measures have been taken in order to achieve this object. That is, a light beam emitting means for emitting a light beam, a deflecting means for deflecting the light beam, a position indicating means for detecting that the deflected light beam has passed a designated position, and a synchronizing means for detecting the position. In an optical position measuring device comprising a deflection amount detecting means for detecting the deflection amount of the light beam, the deflection amount detecting means is interposed between the deflecting means and the position indicating means and optically directs the light beam direction. It is characterized by comprising a light beam detecting means for detecting.

【0010】好ましくは、前記光ビーム検出手段が、前
段側で光ビームのスポット位置を検出する前段光スポッ
ト位置検出手段と、後段側で同一光ビームのスポット位
置を検出する後段光スポット位置検出手段との対からな
る事を特徴とする。又、前記光ビーム検出手段は、CC
Dリニアイメージセンサ、MOSリニアイメージセンサ
あるいはPSDから構成されている事を特徴とする。さ
らに、光ビーム発射手段と偏向手段と光ビーム検出手段
からなる光源ユニットを左右一組設けることにより、位
置指示手段によって指定された二次元位置を検出する事
が可能になる。
Preferably, the light beam detection means detects the spot position of the light beam on the front side, and the second light spot position detection means on the rear side detects the spot position of the same light beam. It is characterized by consisting of a pair with. Further, the light beam detecting means is a CC
It is characterized by comprising a D linear image sensor, a MOS linear image sensor or a PSD. Furthermore, by providing a pair of light source units, each consisting of a light beam emitting means, a deflecting means, and a light beam detecting means, on the left and right sides, it becomes possible to detect the two-dimensional position designated by the position indicating means.

【0011】[0011]

【作用】本発明においては、偏向手段と位置指示手段と
の間に光ビーム検出手段を介在させている。そしてこの
光ビーム検出手段により光学的に直接光ビーム方向を検
出する。従って、偏向手段を構成する回転反射鏡やモー
タあるいは軸受け等の機構部品に機械的な誤差が含まれ
ていても、光ビーム方向の検出測定精度に何ら影響を及
ぼさない。従って、極めて高精度な光ビームの偏向角を
求める事ができ、三角測量の原理に基き指定位置を精密
に特定できる。一方、偏向手段の機械的精度には相当程
度の許容幅が認められるので部品コストを低く抑える事
ができる。
In the present invention, the light beam detecting means is interposed between the deflecting means and the position indicating means. The light beam detecting means optically directly detects the light beam direction. Therefore, even if a mechanical error is included in the mechanical components such as the rotary reflecting mirror, the motor, or the bearing that constitute the deflecting means, the detection accuracy of the light beam direction is not affected at all. Therefore, the deflection angle of the light beam can be obtained with extremely high accuracy, and the specified position can be precisely specified based on the principle of triangulation. On the other hand, since the mechanical accuracy of the deflecting means has a considerable allowance, the cost of parts can be kept low.

【0012】[0012]

【実施例】以下図面を参照して本発明の好適な実施例を
詳細に説明する。図1は本発明にかかる光学式位置測定
装置の基本的な構成を示す模式的なブロック図である。
本発明にかかる装置は少なくとも一個の光源ユニットを
備えており、本実施例では三角測量の原理に基いた指定
位置の二次元座標を求める為に、左右一対の光源ユニッ
トL,Rが固定配置されている。なお、単に指定位置の
方位のみを検出する場合には1個の光源ユニットを用い
れば良い。又、指定位置の三次元座標を求める場合には
少なくとも3個の光源ユニットを用いる事になる。左右
一対の光源ユニットL,Rは基本的に同一の構造となっ
ている。例えば、右側の光源ユニットRは、光ビームを
発射する光ビーム発射手段1Rと、光ビームを偏向する
偏向手段2Rと、光ビームの偏向量を検出する偏向量検
出手段3Rとから構成されている。なお、左右の光源ユ
ニットを個々に特定する場合には各参照番号に対してR
あるいはLの参照符号を併記するが、特に必要のない場
合には省略する事もある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing the basic configuration of an optical position measuring device according to the present invention.
The apparatus according to the present invention comprises at least one light source unit. In this embodiment, a pair of left and right light source units L and R are fixedly arranged in order to obtain the two-dimensional coordinates of a designated position based on the principle of triangulation. ing. When only the azimuth of the designated position is detected, one light source unit may be used. Further, when obtaining the three-dimensional coordinates of the designated position, at least three light source units are used. The pair of left and right light source units L and R basically have the same structure. For example, the light source unit R on the right side includes a light beam emitting means 1R for emitting a light beam, a deflecting means 2R for deflecting the light beam, and a deflection amount detecting means 3R for detecting the deflection amount of the light beam. . In addition, when specifying the left and right light source units individually, R is assigned to each reference number.
Alternatively, the reference symbol L is also shown, but it may be omitted if not particularly necessary.

【0013】本装置はさらに位置指示手段4を備えてお
り、与えられた測定領域5の範囲内で所望の位置を入力
指定する。なお、各光源ユニットに含まれている偏向手
段2はこの測定領域5をカバーする範囲で光ビームを角
的に偏向走査する。この位置指示手段4は手動操作が容
易なスタイラスあるいはペン形状を有しており、偏向さ
れた光ビームVR,VLが指定された位置を通過した事
を検出する機能を備えている。例えば、図6に示した従
来例と同様に再帰反射面を備えており、入射した光ビー
ムVR,VLを光源ユニット側に反射逆進させる。ある
いは、これに代えて受光素子を利用し光ビームVR,V
Lの入射タイミングを検出し、光源ユニット側に無線あ
るいは有線でフィードバックしても良い。
The present apparatus further includes a position indicating means 4 for inputting and designating a desired position within a given measurement area 5. The deflection means 2 included in each light source unit angularly deflects and scans the light beam in a range that covers the measurement area 5. The position indicating means 4 has a stylus or pen shape that can be easily operated manually, and has a function of detecting that the deflected light beams VR and VL have passed a designated position. For example, a retroreflective surface is provided as in the conventional example shown in FIG. 6, and the incident light beams VR and VL are reflected and travel back to the light source unit side. Alternatively, instead of this, a light receiving element is used to generate the light beams VR, V.
The incident timing of L may be detected and fed back to the light source unit side wirelessly or by wire.

【0014】本発明の特徴事項として、前述した偏向量
検出手段3は、偏向手段2と位置指示手段4の間に介在
し、光学的に直接光ビームVR,VLの方向を検出する
光ビーム検出手段3R,3Lからなる。これら一対の光
ビーム検出手段3R,3Lには計算部6が接続されてい
る。
As a feature of the present invention, the above-mentioned deflection amount detecting means 3 is interposed between the deflecting means 2 and the position indicating means 4 and optically detects the light beams VR and VL directly. The means 3R and 3L. A calculator 6 is connected to the pair of light beam detecting means 3R and 3L.

【0015】次に光学式位置測定装置の動作を説明す
る。光ビーム発射手段1から発射した光ビームが偏向手
段2によって偏向され、測定領域5を角的に走査する。
この走査光ビームVR,VLが位置指示手段4により検
出された時点に同期して、各光ビーム検出手段3R,3
Lは対応する光ビームVR,VLの方向を検出し且つ計
測する。計算部6は計測された光ビーム方向の角度デー
タに基き三角測量の原理に従って指定位置の二次元絶対
座標を算出する。
Next, the operation of the optical position measuring device will be described. The light beam emitted from the light beam emitting means 1 is deflected by the deflecting means 2 and angularly scans the measurement region 5.
In synchronization with the time when the scanning light beams VR and VL are detected by the position indicating means 4, the respective light beam detecting means 3R and 3R.
L detects and measures the directions of the corresponding light beams VR, VL. The calculation unit 6 calculates the two-dimensional absolute coordinates of the designated position based on the measured angle data of the light beam direction according to the principle of triangulation.

【0016】次に図2を参照して光源ユニットの具体的
な構成を説明する。光ビーム発射手段1は、例えばレー
ザビームを連続的に放射するレーザダイオード等から構
成されている。又、光ビーム検出手段3は、前段側で光
ビームのスポット位置を検出する前段光スポット位置検
出手段31Aと、後段側で同一光ビームのスポット位置
を検出する後段光スポット位置検出手段31Bとの対を
含んでいる。各光スポット位置検出手段31A,31B
は、CCDリニアイメージセンサ、MOSリニアイメー
ジセンサあるいはPSD等から構成される。CCDリニ
アイメージセンサとしては、例えば日本電気製データレ
イト40MHz の5000画素リニアイメージセンサμP
D35H71Dを用いる事ができる。又、PSDとして
は、例えば浜松フォトニクス製一次元長受光面型PSD
S1352等を使用する事ができる。このCCDリニ
アイメージセンサは1/5000の分解能を有しており
極めて高精度で光ビームのスポット位置を検出できる。
又、PSDは一対の差動出力に基きアナログ的に光ビー
ムのスポット位置を検出できる。CCDリニアイメージ
センサやMOSリニアイメージセンサに比べて精度面で
劣るがコスト的に有利である。
Next, a specific structure of the light source unit will be described with reference to FIG. The light beam emitting means 1 is composed of, for example, a laser diode or the like that continuously emits a laser beam. The light beam detecting means 3 includes a front light spot position detecting means 31A for detecting the spot position of the light beam on the front side and a rear light spot position detecting means 31B for detecting the spot position of the same light beam on the rear side. Contains a pair. Each light spot position detecting means 31A, 31B
Is composed of a CCD linear image sensor, a MOS linear image sensor, a PSD, or the like. The CCD linear image sensor is, for example, a NEC pixel data rate 40 MHz 5000 pixel linear image sensor μP.
D35H71D can be used. As the PSD, for example, a one-dimensional long light receiving surface type PSD manufactured by Hamamatsu Photonics
S1352 or the like can be used. This CCD linear image sensor has a resolution of 1/5000 and can detect the spot position of the light beam with extremely high accuracy.
Further, the PSD can detect the spot position of the light beam in an analog manner based on the pair of differential outputs. Although it is inferior in accuracy to the CCD linear image sensor and the MOS linear image sensor, it is advantageous in cost.

【0017】図3は同じく光源ユニットの具体的な構成
を示す側面図である。偏向手段2は回転反射鏡21とモ
ータ22とから構成されている。回転反射鏡21はシャ
フトを介してモータ22に接続されており回転駆動され
る。従来と異なり、回転速度を精密且つ一定に制御する
必要はなく、比較的安価な部品を利用できる。偏向走査
された光ビームの光路には直列的にハーフミラー等のビ
ームスプリット手段32A,32Bが挿入されている。
回転反射鏡21に近い前段側のビームスプリット手段3
2Aは光ビームの一部を光路から分離し、対応する前段
側光スポット位置検出手段31Aに光スポットを照射す
る。分離された光スポットは光ビームの偏向走査に応じ
て前段光スポット位置検出手段31Aのリニアな受光面
33Aに沿って移動する。同様に、回転反射鏡21から
遠い位置にある後段ビームスプリット手段32Bによっ
て同一の光ビームから光スポットが分離され、対応する
受光面33Bに照射される。
FIG. 3 is a side view showing a concrete structure of the light source unit. The deflecting means 2 is composed of a rotary reflecting mirror 21 and a motor 22. The rotary reflecting mirror 21 is connected to a motor 22 via a shaft and is rotationally driven. Unlike the prior art, it is not necessary to control the rotation speed precisely and constantly, and relatively inexpensive parts can be used. Beam splitting means 32A and 32B such as half mirrors are serially inserted in the optical path of the deflected and scanned light beam.
Beam splitting means 3 on the front side near the rotary reflecting mirror 21
2A separates a part of the light beam from the optical path, and irradiates the corresponding front-side light spot position detection means 31A with the light spot. The separated light spot moves along the linear light receiving surface 33A of the pre-stage light spot position detecting means 31A in accordance with the deflection scanning of the light beam. Similarly, a light beam spot is separated from the same light beam by the post-stage beam splitting means 32B located at a position far from the rotary reflecting mirror 21, and the corresponding light receiving surface 33B is irradiated with the light spot.

【0018】なお、図2及び図3に示した具体例では、
光ビーム検出手段3が一対の前段及び後段光スポット位
置検出手段から構成されているが、本発明は必ずしもこ
れに限られるものではない。例えば、回転反射鏡2の回
転軸を基準として1本の光スポット位置検出手段を配置
する事により光ビーム方向を計測する事も可能である。
しかしながら、一対の光スポット位置検出手段を用いた
方が精度の面で優れている。但し、コストの面で不利に
なる。又、上述した具体例では、ビームスプリット手段
32A,32Bを介して光スポットを分離していたが、
本発明は必ずしもかかる構成に限られるものではない。
例えば、透過率の比較的高い光スポット位置検出手段を
直接光ビームの光路に介在させても良い。
In the concrete examples shown in FIGS. 2 and 3,
Although the light beam detecting means 3 comprises a pair of front and rear light spot position detecting means, the present invention is not necessarily limited to this. For example, it is possible to measure the light beam direction by arranging one light spot position detecting means with reference to the rotation axis of the rotary reflecting mirror 2.
However, using a pair of light spot position detecting means is superior in terms of accuracy. However, it is disadvantageous in terms of cost. Further, in the above-described specific example, the light spots are separated via the beam splitting means 32A and 32B.
The present invention is not necessarily limited to such a configuration.
For example, the light spot position detecting means having a relatively high transmittance may be directly interposed in the optical path of the light beam.

【0019】次に、図4を参照して指定位置の座標算出
手順について説明する。測定領域5にはXY座標系が与
えられている。位置指示手段によって入力指定された位
置Pの二次元座標は(X,Y)で与えられる。右側の光
源ユニットはX軸上の特定点PR(D,0)に設置され
ており、左側の光源ユニットは同じくX軸上の他の特定
点PL(−D,0)に設置されている。両光源ユニット
はY軸対称に配置されており、右側の光ビーム検出手段
3Rの法線SRと、左側の光ビーム検出手段3Lの法線
SLはY軸上の特定点POで互いに交差している。又、
各法線SR,SLとX軸との交差角φは互いに等しい傾
きに設定されている。
Next, the procedure for calculating the coordinates of the designated position will be described with reference to FIG. The measurement area 5 is given an XY coordinate system. The two-dimensional coordinates of the position P input and designated by the position indicating means are given by (X, Y). The light source unit on the right side is installed at a specific point PR (D, 0) on the X axis, and the light source unit on the left side is installed at another specific point PL (-D, 0) on the X axis. Both light source units are arranged symmetrically with respect to the Y axis, and the normal line SR of the light beam detecting means 3R on the right side and the normal line SL of the light beam detecting means 3L on the left side intersect each other at a specific point PO on the Y axis. There is. or,
The intersection angles φ between the normal lines SR and SL and the X axis are set to have the same inclination.

【0020】指定位置Pに一致する右側光ビームVRの
方向は対応する法線SRを基準とした偏角αで表わされ
る。この偏角αは法線SRを基準として正負の符号が付
される。同様に、指定位置Pに一致する光ビームVLの
偏角はβで表わされている。光ビームVR,VLは各々
以下の直線方程式で表わされる。
The direction of the right-side light beam VR that coincides with the designated position P is represented by an angle of deviation α with respect to the corresponding normal line SR. The argument α is given a positive or negative sign with reference to the normal line SR. Similarly, the deflection angle of the light beam VL that coincides with the designated position P is represented by β. The light beams VR and VL are represented by the following linear equations, respectively.

【数1】Y=tan(φ+α)X−tan(φ+α)D## EQU1 ## Y = tan (φ + α) X-tan (φ + α) D

【数2】 Y=−tan(φ+β)X−tan(φ+β)D これら2個の数式をX,Yに関する二次元連立方程式と
して解くと、以下の数式3,数式4に示す様に、指定位
置PのX座標及びY座標が算出される。
## EQU00002 ## Y = -tan (.phi. +. Beta.) X-tan (.phi. +. Beta.) D When these two mathematical expressions are solved as a two-dimensional simultaneous equation concerning X and Y, the designated positions are given as shown in the following mathematical expressions 3 and 4. The X and Y coordinates of P are calculated.

【数3】X=D{tan(φ+α)−tan(φ+
β)}÷{tan(φ+α)+tan(φ+β)}
X = D {tan (φ + α) −tan (φ +
β)} ÷ {tan (φ + α) + tan (φ + β)}

【数4】Y=−2D{tan(φ+α)・tan(φ+
β)}÷{tan(φ+α)+tan(φ+β)} 上記数式3及び数式4から明らかな様に、パラメータD
及びφは既知であるので、一対の偏角データα,βを測
定する事により指定位置Pの二次元座標が容易に算出で
きる。
(4) Y = -2D {tan (φ + α) · tan (φ +
β)} / {tan (φ + α) + tan (φ + β)} As is apparent from the above-mentioned formulas 3 and 4, the parameter D
And φ are known, the two-dimensional coordinates of the designated position P can be easily calculated by measuring the pair of argument data α, β.

【0021】最後に、図5を参照して偏角αの測定手順
を説明する。なお、他の偏角βについても同様である。
一対のリニアな受光面33A,33Bは互いに所定の間
隔Cを介して平行配置されており、且つ前述した法線S
Rに直交している。この例では理解を容易にする為に光
ビーム検出手段をPSDで構成している。光ビームVR
と前段側の受光面33Aとの交点をAで表わし、同一の
光ビームVRと後段側の受光面33Bとの交点をBで表
わす。これらの交点A,Bは夫々、光ビームVRから分
離された光スポットの受光位置を表わしている。今、P
SDの受光面33Aから出力された一対の差動信号をa
1,a2とすると、光スポット位置Aは(a1−a2)
/(a1+a2)で与えられる。同様に、受光面33B
から出力された一対の差動信号をb1,b2とすると、
光スポット位置Bは(b1−b2)/(b1+b2)で
与えられる。さらに、図示の幾何学的な関係から明らか
な様に、偏角αはtanα=(B−A)/Cより算出で
きる。即ち、一対の光スポット位置A,Bを測定する事
により光ビームVRの偏角αを光学的に直接検出する事
が可能である。
Finally, the procedure for measuring the deflection angle α will be described with reference to FIG. The same applies to the other deviation angles β.
The pair of linear light receiving surfaces 33A and 33B are arranged in parallel with each other with a predetermined space C therebetween, and the normal line S described above is provided.
It is orthogonal to R. In this example, the light beam detecting means is made of PSD for easy understanding. Light beam VR
The intersection between the light receiving surface 33A on the front side and the front side is represented by A, and the intersection between the same light beam VR and the light receiving surface 33B on the rear side is represented by B. These intersections A and B respectively represent the light receiving positions of the light spots separated from the light beam VR. Now P
A pair of differential signals output from the light receiving surface 33A of the SD
1, a2, the light spot position A is (a1-a2)
It is given by / (a1 + a2). Similarly, the light receiving surface 33B
Let b1 and b2 be the pair of differential signals output from
The light spot position B is given by (b1-b2) / (b1 + b2). Further, as is clear from the illustrated geometrical relationship, the argument α can be calculated from tan α = (B−A) / C. That is, it is possible to directly optically detect the deviation angle α of the light beam VR by measuring the pair of light spot positions A and B.

【0022】[0022]

【発明の効果】以上説明した様に、本発明によれば、偏
向手段によって偏向されたレーザ光のビーム方向を光学
的に直接検出する構成としている。かかる構成により、
偏向手段の機械的精度が位置座標の測定精度に影響を及
ぼす事がなくなり、偏向手段として高価なエアベアリン
グ等を備えたモータ等を使用しなくても、高精度の光学
式位置測定装置を実現できるという効果がある。又、一
対の前段及び後段光スポット位置検出手段を用いる事に
より、回転反射鏡の軸ずれ等の影響を受けない高精度光
学式位置測定装置を実現できるという効果がある。この
為、偏向手段として回転反射鏡の代わりに、圧電振動反
射鏡等を使用する事が可能となり、安価で且つ小型の光
学式位置測定装置を実現できるという効果がある。特
に、最近では大型テレビの前面に装着する透明デジタイ
ザの需要が高まってきており、電子会議システム等を構
築する為に最適な小型光学式位置測定装置を経済的に実
現できるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the beam direction of the laser light deflected by the deflecting means is directly detected optically. With this configuration,
The mechanical accuracy of the deflection means does not affect the measurement accuracy of position coordinates, and a highly accurate optical position measurement device is realized without using a motor or the like equipped with an expensive air bearing as the deflection means. The effect is that you can do it. Further, by using the pair of front-stage and rear-stage light spot position detecting means, there is an effect that it is possible to realize a high-precision optical position measuring device which is not affected by the axis deviation of the rotary reflecting mirror. Therefore, it is possible to use a piezoelectric vibration reflecting mirror or the like as the deflecting means instead of the rotating reflecting mirror, and there is an effect that an inexpensive and compact optical position measuring device can be realized. In particular, recently, there is an increasing demand for a transparent digitizer to be mounted on the front surface of a large-sized television, and there is an effect that it is possible to economically realize a small-sized optical position measuring device which is optimal for constructing an electronic conference system or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明にかかる光学式位置測定装置の基本的な
構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of an optical position measuring device according to the present invention.

【図2】図1に示す光学式位置測定装置に組み込まれる
光源ユニットの平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a light source unit incorporated in the optical position measuring device shown in FIG.

【図3】同じく光源ユニットの側面図である。FIG. 3 is a side view of the light source unit.

【図4】本発明にかかる光学式位置測定装置の指定位置
座標計算手順を示す幾何光学図である。
FIG. 4 is a geometrical optical diagram showing a designated position coordinate calculation procedure of the optical position measuring device according to the present invention.

【図5】同じく、光ビームの偏角測定手順を示す幾何光
学図である。
FIG. 5 is likewise a geometrical optical diagram showing a procedure for measuring a deflection angle of a light beam.

【図6】従来の光学式位置測定装置を示す模式図であ
る。
FIG. 6 is a schematic view showing a conventional optical position measuring device.

【図7】従来の光学式位置測定装置に組み込まれる光源
ユニットの構成を示すブロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a light source unit incorporated in a conventional optical position measuring device.

【図8】図7に示す従来の光源ユニットの動作を説明す
る為のタイミングチャートである。
8 is a timing chart for explaining the operation of the conventional light source unit shown in FIG.

【図9】従来の光学式位置測定装置の他の例を示す模式
図である。
FIG. 9 is a schematic view showing another example of a conventional optical position measuring device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1R,1L 光ビーム発射手段 2R,2L 偏向手段 3R,3L 光ビーム検出手段 4 位置指示手段 5 測定領域 6 計算部 21 回転反射鏡 22 モータ 31A 前段光スポット位置検出手段 31B 後段光スポット位置検出手段 32A ビームスプリット手段 32B ビームスプリット手段 R 右側光源ユニット L 左側光源ユニット 1R, 1L Light beam emitting means 2R, 2L Deflection means 3R, 3L Light beam detecting means 4 Position indicating means 5 Measurement area 6 Calculation part 21 Rotating reflecting mirror 22 Motor 31A Pre-stage light spot position detecting means 31B Post-stage light spot position detecting means 32A Beam splitting means 32B Beam splitting means R Right light source unit L Left light source unit

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光ビームを発射する光ビーム発射手段
と、光ビームを偏向する偏向手段と、偏向された光ビー
ムが指定された位置を通過した事を検出する位置指示手
段と、該検出に同期して該光ビームの偏向量を検出する
偏向量検出手段とからなる光学式位置測定装置におい
て、 前記偏向量検出手段が、該偏向手段と該位置指示手段の
間に介在し光学的に直接光ビーム方向を検出する光ビー
ム検出手段からなる事を特徴とする光学式位置測定装
置。
1. A light beam emitting means for emitting a light beam, a deflecting means for deflecting the light beam, a position indicating means for detecting that the deflected light beam has passed a designated position, and the detecting means. An optical position measuring device comprising a deflection amount detecting means for synchronously detecting the deflection amount of the light beam, wherein the deflection amount detecting means is interposed between the deflecting means and the position indicating means and is optically directly An optical position measuring device comprising a light beam detecting means for detecting a light beam direction.
【請求項2】 前記光ビーム検出手段が、前段側で光ビ
ームのスポット位置を検出する前段光スポット位置検出
手段と、後段側で同一光ビームのスポット位置を検出す
る後段光スポット位置検出手段との対からなる事を特徴
とする請求項1記載の光学式位置測定装置。
2. The light beam detecting means includes a front light spot position detecting means for detecting a light beam spot position on the front side, and a rear light spot position detecting means for detecting the same light beam spot position on a rear side. The optical position measuring device according to claim 1, wherein the optical position measuring device comprises:
【請求項3】 前記光ビーム検出手段が、CCDリニア
イメージセンサ、MOSリニアイメージセンサあるいは
PSDから構成される事を特徴とする請求項1又は2記
載の光学式位置測定装置。
3. The optical position measuring device according to claim 1, wherein the light beam detecting means is composed of a CCD linear image sensor, a MOS linear image sensor or a PSD.
【請求項4】 光ビーム発射手段と偏向手段と光ビーム
検出手段からなる光源ユニットを左右一組有し位置指示
手段によって指定された二次元位置を検出する事を特徴
とする請求項1記載の光学式位置測定装置。
4. A two-dimensional light source unit consisting of a light beam emitting means, a deflecting means and a light beam detecting means is provided to detect a two-dimensional position designated by the position indicating means. Optical position measuring device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2008176802A (en) * 1998-05-11 2008-07-31 Ricoh Co Ltd Coordinate input / detection device and electronic blackboard system
JP2016201002A (en) * 2015-04-10 2016-12-01 船井電機株式会社 Position detecting device and spatial input device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008176802A (en) * 1998-05-11 2008-07-31 Ricoh Co Ltd Coordinate input / detection device and electronic blackboard system
JP2004046792A (en) * 2002-03-29 2004-02-12 Toshiba Corp Display input device, display input system, control method therefor, and man-machine interface device
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