JPH07200143A

JPH07200143A - 移動体の位置検出装置

Info

Publication number: JPH07200143A
Application number: JP35107693A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nakayama; 尚中山
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1993-12-28
Publication date: 1995-08-04
Anticipated expiration: 2017-06-10
Also published as: JP3290530B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】入力ペンなどの移動体にケーブルを接続する
必要がなく、光学的手段によって移動体の移動位置を検
出できるようにする。【構成】照光体５からは、光強度が変調された赤外光
が出力され、この光がペン１の先端部１ａに反射されて
受光体６ａ，６ｂに検出される。受光部６ａと６ｂによ
り受光された出力強度と照光体５からの出力光の変調強
度とから位相差が求められる。２つの受光体６ａ，６ｂ
の受光出力により得られる位相差は距離の成分（Ｌ0＋
Ｌ1）と（Ｌ0＋Ｌ2）を含んだものとなる。この位相差
に基づく情報と、照光体と受光体の設置距離Ｌとにより
ペン１の先端部１ａの絶対位置を求めることができる。
ペン１は反射機能を有するだけでよく、このペンにケー
ブルを接続する必要がないため、入力操作が容易であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、移動体に光を出力し移
動体からの反射光を受光して、例えば出力光と反射光と
の光強度の位相差に基づいて、移動体の位置を算出する
移動体の位置検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の移動体の位置検出装置の一例とし
て、コンピュータにおけるマウス、ライトペン、タブレ
ット式のペン入力装置などが知られている。これらの入
力装置では、移動体としてのマウス、ライトペンの移動
量をディスプレイ上の表示点（カーソルなど）の移動量
に変換してその軌跡により図形などを入力するようにな
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにマウス、ライトペン、タブレット式のペン入力装
置ではマウスなどの位置情報を伝達するために、マウス
などの移動体自身にコンピュータから引き延ばされたケ
ーブルを接続しなくてはならない。このため手書き入力
の操作時にこのケーブルが邪魔になるという問題があ
る。

【０００４】本発明は、移動体にケーブルなどを設ける
ことなく、光学的手段によって移動体の位置を検出する
ことができる移動体の位置検出装置を提供することを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明による移動体の位
置検出装置は、光反射部を有する移動体と、強度変調し
た光を前記移動体の移動領域に向けて出力する照光体
と、前記移動体から反射された光を受光する複数の受光
体と、各受光体からの受光出力に基づいて移動体の位置
を算出する手段とを有することを特徴とするものであ
る。

【０００６】上記において、照射体からの出力光の強度
変調信号と、各受光体での受光出力信号との位相差から
移動体の位置を算出することが可能である。

【０００７】

【作用】上記手段では、光反射機能を有する移動体が例
えばコンピュータへの位置入力手段などとして用いられ
る。照光体からの出力光が移動体に至ると、この移動体
により反射され、その反射光が複数の受光体に受光され
る。この受光体からの受光出力により移動体の位置を算
出できる。

【０００８】移動体の位置の算出の一例としては、照光
体から発せられる光の強度変調信号と受光体の受光出力
信号との位相差を求め、この位相差から、照光体から移
動体を経て各受光体に至る光路長を求め、複数の光路長
から移動体の絶対位置を求めることが可能である。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図１は本発明の移動体の位置検出装置を、コンピュ
ータのペン型入力装置に適用した実施例を示す斜視図、
図２は図１の入力装置の構成を示すブロック図、図３は
移動体の位置を検出する原理を説明する説明図であり、
（Ａ）は各部材の位置関係を示す平面図、（Ｂ）は出力
光と反射光との位相差との関係を示す線図である。図１
に符号１で示すものは移動体としてのペンである。この
ペン１の先端部１ａは鏡面に研磨された球形に形成さ
れ、この先端部１ａにて光を反射できるようになってい
る。

【００１０】符号２は入力部であり、ディスプレイ１３
を有するコンピュータ本体７の前方に設置される。入力
部２は、光学部３と指示盤４とから構成されている。光
学部３の中央には照光体５が配置され、この照光体５か
らは、光強度変調された赤外光が出力される。この出力
光は指向性がなく、指示盤４に向けて所定の拡散角度を
有して照射される。光学部３の両端には受光体６ａ，６
ｂが配置され、ペン１の先端部１ａにて反射された反射
光が受光体６ａ，６ｂにより受光される。この入力装置
では、ペン１の入力範囲（移動範囲）が、出力光の照射
領域Ａ内に有ることが必要である。そのため指示盤４と
光学部３とがある程度の距離だけ離れていることが好ま
しい。図１の例では、指示盤４と光学部３とが接続シー
ト４ａにより距離が与えられて接続されている。ただし
指示盤４は光学部３と別体であってもよいし、あるいは
光学部３が平面上のテーブル表面に設置される場合に
は、指示盤４を設ける必要はなく、ペン１をテーブル表
面に沿って移動させることもできる。

【００１１】図２に示すように、この入力装置には、照
光体５の発光強度を変調制御する照光制御部８と、受光
体６ａ，６ｂからの受光出力を検出する受光検出部９
と、出力光の変調強度と受光出力の強度との位相差を検
出する位相差検出部１０が設けられる。さらに位相差検
出部１０による検出結果からペン１の先端部１ａの位置
を算出する演算部１１とが設けられる。図２に示す各回
路部のうち、例えば照光制御部８、受光検出部９および
位相差検出部１０は、光学部３の内部に内蔵されてい
る。また演算部１１は、コンピュータ本体７内のＣＰＵ
であり、ソフトウエアにより演算が実行される。

【００１２】次に上記入力装置の動作について説明す
る。照光体５は、赤外線発光ダイオードなどである。照
光制御部８では所定の周波数「ｆ0」による変調信号が
形成され、照光体５からの出力光の光強度は、前記変調
信号に基づいて変化する。変調されて出力される赤外光
は、指示盤４上に向けて照射され、ペン１の先端部１ａ
により反射されて、その反射光が各受光体６ａと６ｂに
より受光される。受光体６ａと６ｂはフォトダイオード
などの光電変換器であり、受光された光強度に比例した
電流が得られる。受光検出部９では、前記電流が電圧に
変換され、その電圧が位相差検出部１０に与えられる。
前記照光制御部８からは照光体５へ与えられる変調信号
が電圧として位相差検出部１０に与えられ、位相差検出
部１０では、両電圧の比較により各受光体６ａ，６ｂに
より受光された光強度と、照光体５からの出力光の変調
強度との位相差が求められる。この位相差に基づく信号
はデジタル変換されて、演算部１１に与えられ、ペン１
の先端部１ａの絶対位置が算出される。

【００１３】図３（Ａ）では、照光体５の中心から両受
光体６ａ，６ｂの中心までの距離を共にＬ、照光体５か
らある時点でのペン１の先端部１ａまでの直線距離をＬ
0、ペン１の先端部１ａから各受光体６ａと６ｂまでの
直線距離をＬ1とＬ2で表わしている。図３（Ｂ）は、照
光体５から出力された赤外光がペン１の先端部１ａによ
り反射され、受光体６ａにより受光されるまでの光路長
（Ｌ0＋Ｌ1）における光強度の変化を示している。照光
体５から出力される赤外光の光強度は所定の周波数「ｆ
0」にて変化しているが、図３（Ｂ）では、照光体５か
ら照射される赤外光の強度が、その強度振幅の中点とな
った瞬間を示している。

【００１４】受光体６ａにより受光された赤外光の光強
度と、照光体５からの出力光の強度の位相差を「φ
1」、光速を「ｃ」とすると、

【数１】φ1＝２π・（Ｌ0＋Ｌ1）・ｆ0／ｃで表わされる。

【００１５】また受光体６ｂで受光された赤外光の光強
度と、照光体５からの出力光の強度との位相差φ2は、

【数２】φ2＝２π・（Ｌ0＋Ｌ2）・ｆ0／ｃで表わされる。

【００１６】各位相差φ１とφ２の次元は「ラジアン」
である。前述のように、位相差検出部１０では、受光検
出部９から得られた各受光体６ａと６ｂの受光出力電圧
と、照光制御部８での光強度変調電圧との差が求められ
ることになるが、この電圧差と、光強度変調電圧の振幅
とから前記位相差φ1とφ2が検出されることになる。位
相差φ1とφ2に基づく信号はデジタル変換されて演算部
１１に与えられる。

【００１７】演算部１１での演算処理の一例を説明す
る。ある時点での位相差φ1が得られたとき、照光体５
からペン１の先端部１ａを経て受光体６ａに至る光路長
は（Ｌ0＋Ｌ1）である。この光路長が得られたときのペ
ン１の先端部１ａは、照光体５の中心と受光体６ａの中
心を焦点とする楕円軌跡Ｐ1上に位置している。よっ
て、位相差φ1の情報に基づき、照光体５と受光体６ａ
の位置を焦点とする楕円軌跡Ｐ1の方程式を求めること
ができる。同様に位相差φ2の情報が得られたとき、ペ
ン１の先端部１ａは照光体５と受光体６ｂの位置を焦点
とする楕円軌跡Ｐ2の上に位置していることになる。よ
って位相差φ2の情報により楕円軌跡Ｐ2の方程式を求め
ることができる。両方程式から楕円軌跡Ｐ1とＰ2の交点
を求めれば、それがある時点でのペン１の先端部１ａの
座標位置となる。

【００１８】また、他の演算方法としては、位相差φ1
の情報から（Ｌ0＋Ｌ１）の情報が得られ、また照光体
５と受光体６ａとの距離Ｌが決められているのであるか
ら、（Ｌ＋Ｌ0＋Ｌ1）を求めることができる。これによ
り照光体５と受光体６ａとペン１の先端部１ａを頂点と
する三角形が決められる。同様に位相差φ2の情報と距
離Ｌとから（Ｌ＋Ｌ0＋Ｌ2）を得られ、照光体５と受光
体６ｂとペン１の先端部１ａを頂点とする三角形が求め
られる。（Ｌ＋Ｌ0＋Ｌ1）が所定値となる三角形と、
（Ｌ＋Ｌ0＋Ｌ2）とが所定値となる三角形どうしにおい
て、頂点が共通になる三角形を決めれば、ペン１の先端
部１ａの位置を算出することが可能である。

【００１９】次に図４は、本発明の他の実施例を示して
いる。この実施例では、距離２Ｌを開けて２箇所に発光
および受光機能を有する光学部材１４ａと１４ｂが配置
されている。そして一方の光学部材１４ａから発せられ
た光がペン１の先端部１ａに反射されて同じ光学部材１
４ａに受光されるようにし、この受光出力と発光出力と
の位相差が検出される。これにより距離Ｌ1を求めるこ
とができる。同様に光学部材１４ｂから発せられた光が
ペン１の先端部１ａに反射されて光学部材１４ｂにより
受光され、このときの位相差から距離Ｌ2が求められ
る。距離Ｌ1と距離Ｌ2および距離Ｌとから、ペン１の先
端部１ａの絶対位置を算出することが可能である。この
場合、光学部材１４ａからの出力光と、光学部材１４ｂ
からの出力光とが干渉しないことが必要であり、そのた
めには両光学部材１４ａと１４ｂからの出力光の強度変
調の位相をずらしておくか、または波長を変えておくこ
となどが必要である。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、移動体には単に反射機
能を持たせればよく、移動体にケーブルを接続する必要
がない。したがって移動体の移動操作が容易になる。ま
た移動体の移動操作により座標入力などが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の移動体の位置検出装置をコンピュータ
のペン型入力装置として適用した実施例を示す斜視図、

【図２】図１に示したペン型手入力装置の構成ブロック
図、

【図３】移動体（ペン）の位置検出動作の説明図であ
り、（Ａ）は各部材の配置を示す平面図、（Ｂ）は出力
光の光路長と光強度との関係を示す線図、

【図４】ペン型入力装置の他の実施例を示す平面図、

【符号の説明】

１ペン１ａ先端部２入力部３光学部４指示盤５照光体６ａ，６ｂ受光体７コンピュータ本体８照光制御部９受光検出部１０位相差検出部１１演算部１３ディスプレイ１４ａ，１４ｂ光学部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光反射部を有する移動体と、強度変調し
た光を前記移動体の移動領域に向けて出力する照光体
と、前記移動体から反射された光を受光する複数の受光
体と、各受光体からの受光出力に基づいて移動体の位置
を算出する手段とを有することを特徴とする移動体の位
置検出装置。
【請求項２】照射体からの出力光の強度変調信号と、
各受光体での受光出力信号との位相差から移動体の位置
を算出する手段を有する請求項１記載の移動体の位置検
出装置。