JP2613840B2 - ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 - Google Patents
ワイヤレス方式コンピュータ入力装置Info
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- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
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- G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
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- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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- G06F3/0425—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by opto-electronic means using a single imaging device like a video camera for tracking the absolute position of a single or a plurality of objects with respect to an imaged reference surface, e.g. video camera imaging a display or a projection screen, a table or a wall surface, on which a computer generated image is displayed or projected
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ワイヤレス方式コンピ
ュータ入力装置に関し、特に、光パルスを発生する発光
素子を有するペン型入力装置と、このペン型入力装置よ
り発射される光パルスを受光しペン型入力装置の位置座
標を算出する入力装置本体とを組み合わせたワイヤレス
方式コンピュータ入力装置に関する。本明細書では、入
力装置本体と区別するために、発光素子を有する入力装
置を「ペン型入力装置」と呼ぶが、このペン型入力装置
の外部形状は任意の形状でよく、必ずしもペン型である
必要はない。
ュータ入力装置に関し、特に、光パルスを発生する発光
素子を有するペン型入力装置と、このペン型入力装置よ
り発射される光パルスを受光しペン型入力装置の位置座
標を算出する入力装置本体とを組み合わせたワイヤレス
方式コンピュータ入力装置に関する。本明細書では、入
力装置本体と区別するために、発光素子を有する入力装
置を「ペン型入力装置」と呼ぶが、このペン型入力装置
の外部形状は任意の形状でよく、必ずしもペン型である
必要はない。
【０００２】
【従来の技術】光パルスを発生する発光素子を有するペ
ン型入力装置と、このペン型入力装置より発射される光
パルスを受光しペン型入力装置の位置座標（２次元清
報）を算出する入力装置本体とを組み合わせたワイヤレ
ス方式コンピュータ入力装置では、ペン型入力装置の光
源から発生する光を検出するように入力装置本体に設け
られた光学系ユニットは、光学フィルタ、レンズ、レン
ズホルダ（絞りを兼用する場合もある）、フォトディテ
クタから構成されていた。例えば、このような従来例
は、特開平３−１９６３２６（特願平１−３３７３０
９）に開示されている。図１２は、この公開公報に開示
されている光学系ユニットを示す。図１２に示すよう
に、入力装置本体４の光学系ユニットは、レンズ２０
ａ、２１ａおよびフォトディテクタ、即ち受光素子２０
ｂおよび２１ｂを有する。なお、光学フィルタおよびレ
ンズホルダは図面中には省略されている。
ン型入力装置と、このペン型入力装置より発射される光
パルスを受光しペン型入力装置の位置座標（２次元清
報）を算出する入力装置本体とを組み合わせたワイヤレ
ス方式コンピュータ入力装置では、ペン型入力装置の光
源から発生する光を検出するように入力装置本体に設け
られた光学系ユニットは、光学フィルタ、レンズ、レン
ズホルダ（絞りを兼用する場合もある）、フォトディテ
クタから構成されていた。例えば、このような従来例
は、特開平３−１９６３２６（特願平１−３３７３０
９）に開示されている。図１２は、この公開公報に開示
されている光学系ユニットを示す。図１２に示すよう
に、入力装置本体４の光学系ユニットは、レンズ２０
ａ、２１ａおよびフォトディテクタ、即ち受光素子２０
ｂおよび２１ｂを有する。なお、光学フィルタおよびレ
ンズホルダは図面中には省略されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の光学系ユニット
は２つのレンズおよび２つの受光素子を間隔を隔てて配
置しており、その全体のサイズも大きなものとならざる
をえなかった。
は２つのレンズおよび２つの受光素子を間隔を隔てて配
置しており、その全体のサイズも大きなものとならざる
をえなかった。
【０００４】また、このような従来の構成では、光学系
ユニットを２つ用いるため部品コストがアップするとい
う問題があった。また本発明が対象とするような微弱な
信号光を扱うシステムでは、一般に非常に増幅度の大き
いＩ／Ｖアンプを用いるため、周辺電子機器からの電磁
ノイズの影響が非常に大きく、このため装置の誤動作を
引き起こす恐れがあった。
ユニットを２つ用いるため部品コストがアップするとい
う問題があった。また本発明が対象とするような微弱な
信号光を扱うシステムでは、一般に非常に増幅度の大き
いＩ／Ｖアンプを用いるため、周辺電子機器からの電磁
ノイズの影響が非常に大きく、このため装置の誤動作を
引き起こす恐れがあった。
【０００５】電磁ノイズを軽減するためには、光学系ユ
ニットの周辺を厳重にシールドする必要があり、サイズ
の大型化、部品コストのアップ等により、省スペース、
高精度かつ低コストで簡便なワイヤレス方式コンピュー
タ入力装置の実現が困難であった。
ニットの周辺を厳重にシールドする必要があり、サイズ
の大型化、部品コストのアップ等により、省スペース、
高精度かつ低コストで簡便なワイヤレス方式コンピュー
タ入力装置の実現が困難であった。
【０００６】したがって、本発明の主要な目的は、１つ
の光学系ユニットを用いてワイヤレス方式でコンピュー
タに情報（２次元情報）を入力できるワイヤレス方式コ
ンピュータ入力装置を提供することにある。
の光学系ユニットを用いてワイヤレス方式でコンピュー
タに情報（２次元情報）を入力できるワイヤレス方式コ
ンピュータ入力装置を提供することにある。
【０００７】本発明の他の目的は、省スペース、高精度
かつ低コストで簡便なワイヤレス方式コンピュータ入力
装置を提供することにある。
かつ低コストで簡便なワイヤレス方式コンピュータ入力
装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、ペン型入力装置および入力装置本体を
有するワイヤレス方式コンピュータ入力装置において、
ペン型入力装置は光パルスを発生する発光素子を有し、
入力装置本体はペン型入力装置の発光素子から発射され
た光パルスを受光する１つの受光素子を含む少なくとも
１つの光学系ユニットと、受光素子からの出力を演算し
てペン型入力装置の位置座標を算出する演算回路手段を
有し、前記受光素子は、上下左右に分けられた４つの部
分の各々が個々に独立して発光素子からの光パルスの光
量を受光して所定の平面内の発光素子の２次元位置を算
出可能な４分割フォトダイオードであることを特徴とす
るワイヤレス方式コンピュータ入力装置を採用するもの
である。
めに、本発明は、ペン型入力装置および入力装置本体を
有するワイヤレス方式コンピュータ入力装置において、
ペン型入力装置は光パルスを発生する発光素子を有し、
入力装置本体はペン型入力装置の発光素子から発射され
た光パルスを受光する１つの受光素子を含む少なくとも
１つの光学系ユニットと、受光素子からの出力を演算し
てペン型入力装置の位置座標を算出する演算回路手段を
有し、前記受光素子は、上下左右に分けられた４つの部
分の各々が個々に独立して発光素子からの光パルスの光
量を受光して所定の平面内の発光素子の２次元位置を算
出可能な４分割フォトダイオードであることを特徴とす
るワイヤレス方式コンピュータ入力装置を採用するもの
である。
【０００９】
【実施例】次に、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は、１個の光学系を有するワイヤレス入力装
置本体およびペン型入力装置から成る本発明のワイヤレ
ス方式コンピュータ入力装置をパソコンに用いた場合の
斜視図であり、図２は、ワイヤレス入力装置本体の拡大
斜視図であり、図３は本発明の入力装置本体の詳細を示
す断面図であり、図４は入力装置本体の回路ブロック図
であり、図５は光源の移動に対するディテクタ上の光ス
ポットの移動を説明するための概略図であり、図６およ
び図７は、位置座標算出方法を説明するための概略図で
あり、図８は位置算出時に用いるパラメータの１つを決
定するためのグラフであり、図９は本発明のレンズホル
ダ（絞りを兼用する）の斜視図であり、図１０はレンズ
ホルダに通常の樹詣材を用いた場合のディテクタ出力の
周波数スペクトラムを示すグラフであり、図１１はレン
ズホルダの材質にシールド材（アルミなどの金属材料）
を用いた場合のディテクタ出力の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
する。図１は、１個の光学系を有するワイヤレス入力装
置本体およびペン型入力装置から成る本発明のワイヤレ
ス方式コンピュータ入力装置をパソコンに用いた場合の
斜視図であり、図２は、ワイヤレス入力装置本体の拡大
斜視図であり、図３は本発明の入力装置本体の詳細を示
す断面図であり、図４は入力装置本体の回路ブロック図
であり、図５は光源の移動に対するディテクタ上の光ス
ポットの移動を説明するための概略図であり、図６およ
び図７は、位置座標算出方法を説明するための概略図で
あり、図８は位置算出時に用いるパラメータの１つを決
定するためのグラフであり、図９は本発明のレンズホル
ダ（絞りを兼用する）の斜視図であり、図１０はレンズ
ホルダに通常の樹詣材を用いた場合のディテクタ出力の
周波数スペクトラムを示すグラフであり、図１１はレン
ズホルダの材質にシールド材（アルミなどの金属材料）
を用いた場合のディテクタ出力の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
【００１０】最初に図１および図２を参照すると、図１
および図２は従来のコンピュータの構成をそのまま利用
できるワイヤレス方式コンピュータ入力装置を示してい
る。図１において、ＣＲＴ２およびキーボード３に接続
されているパソコン本体１からマウスケーブル６の先端
に適当な支持体（例えばデスク）の上に載せられた入力
装置本体４が接続されている。この入力装置本体４は、
詳細には後述するが、図２に示すように、作業面に対し
てある角度で配置されたディテクタ（受光素子）（図２
には図示せず）を有し、ペン型入力装置５の発光素子
（図示せず）からの光をレンズ（図２には図示せず）を
通して集光した後受光するように構成されている。な
お、ペン型入力装置５の電源には充電式バッテリーまた
は乾電池が用いられる。
および図２は従来のコンピュータの構成をそのまま利用
できるワイヤレス方式コンピュータ入力装置を示してい
る。図１において、ＣＲＴ２およびキーボード３に接続
されているパソコン本体１からマウスケーブル６の先端
に適当な支持体（例えばデスク）の上に載せられた入力
装置本体４が接続されている。この入力装置本体４は、
詳細には後述するが、図２に示すように、作業面に対し
てある角度で配置されたディテクタ（受光素子）（図２
には図示せず）を有し、ペン型入力装置５の発光素子
（図示せず）からの光をレンズ（図２には図示せず）を
通して集光した後受光するように構成されている。な
お、ペン型入力装置５の電源には充電式バッテリーまた
は乾電池が用いられる。
【００１１】このように構成された本発明のワイヤレス
方式コンピュータ入力装置（入力装置本体４とペン型入
力装置５の組み合わせ）は、通常のマウスあるいはタブ
レットの代わりとしてデスクトップコンピュータに対し
て使用される。
方式コンピュータ入力装置（入力装置本体４とペン型入
力装置５の組み合わせ）は、通常のマウスあるいはタブ
レットの代わりとしてデスクトップコンピュータに対し
て使用される。
【００１２】図３を参照すると、入力装置本体４はアー
ムのように上方が斜め上方に突出する壁を有する箱型ケ
ーシングを持ち、その壁には開口が形成されていて、開
口内部には、外部からの不要な光学的ノイズを遮断する
光学フィルタ７、ペン型入力装置５（図１参照）からの
光を適当な形状に集光するレンズ３２、レンズを支持す
るレンズホルダ（絞りを兼用する）８および集光した光
を受光する受光素子９が配置されている。図３に示すよ
うに、光学フィルタ７は入力装置本体４に取付けられて
いるが、この構成に代えて、光学フィルタ７を、レンズ
３２、受光素子９等から成る光学系ユニットと一体に構
成して入力装置本体４にその光学系ユニットを取付けて
もよい。
ムのように上方が斜め上方に突出する壁を有する箱型ケ
ーシングを持ち、その壁には開口が形成されていて、開
口内部には、外部からの不要な光学的ノイズを遮断する
光学フィルタ７、ペン型入力装置５（図１参照）からの
光を適当な形状に集光するレンズ３２、レンズを支持す
るレンズホルダ（絞りを兼用する）８および集光した光
を受光する受光素子９が配置されている。図３に示すよ
うに、光学フィルタ７は入力装置本体４に取付けられて
いるが、この構成に代えて、光学フィルタ７を、レンズ
３２、受光素子９等から成る光学系ユニットと一体に構
成して入力装置本体４にその光学系ユニットを取付けて
もよい。
【００１３】受光素子９は、レンズの光軸と同じ軸上に
配置されて、受光した光の像を検出するための４分割フ
ォトダイオードのような像形成位置の光量を電気信号に
変換する位置検出用の光−電気トランスデューサから成
る。この受光素子９は、作業面からの高さｈにおいて、
鉛直線に対して所定の角度θをなすように位置決めされ
ている。この結果、ペン型入力装置５の位置は、後述の
ように、受光素子９によって受光される光量から算出で
きる。なお、２次元位置検出では、位置検出用の光−電
気トランスジューサは面タイプのもの（フォトディテク
タの場合には４分割されたもの）を１個用いればよい
が、これに位置検出用の光−電気トランスジューサとし
てラインタイプ（例えば２分割フォトダイオードなど、
ただし、面タイプのものでもかまわない）のものを最低
１個追加することによって３次元位置検出を可能にする
こともできる。なお、入力装置本体４は、その他の機能
素子を有するが、その詳細については図４を参照して説
明する。
配置されて、受光した光の像を検出するための４分割フ
ォトダイオードのような像形成位置の光量を電気信号に
変換する位置検出用の光−電気トランスデューサから成
る。この受光素子９は、作業面からの高さｈにおいて、
鉛直線に対して所定の角度θをなすように位置決めされ
ている。この結果、ペン型入力装置５の位置は、後述の
ように、受光素子９によって受光される光量から算出で
きる。なお、２次元位置検出では、位置検出用の光−電
気トランスジューサは面タイプのもの（フォトディテク
タの場合には４分割されたもの）を１個用いればよい
が、これに位置検出用の光−電気トランスジューサとし
てラインタイプ（例えば２分割フォトダイオードなど、
ただし、面タイプのものでもかまわない）のものを最低
１個追加することによって３次元位置検出を可能にする
こともできる。なお、入力装置本体４は、その他の機能
素子を有するが、その詳細については図４を参照して説
明する。
【００１４】また、ペン型入力装置５の構成は、前述の
公開公報（特開平３−１９６３２６）に記載されている
ものと同様であり、その詳細はこの公報に説明されてい
るので、本明細書では概略的に説明することにする。ペ
ン型入力装置５は、その本体の先端にＬＥＤのような発
光素子（電気−光トランスジューサ）を有し、本体の前
部には適当な数のクリックスイッチ（図示せず）を有
し、さらに電源スイッチ（図示せず）および充電用端子
（図示せず）を有している。
公開公報（特開平３−１９６３２６）に記載されている
ものと同様であり、その詳細はこの公報に説明されてい
るので、本明細書では概略的に説明することにする。ペ
ン型入力装置５は、その本体の先端にＬＥＤのような発
光素子（電気−光トランスジューサ）を有し、本体の前
部には適当な数のクリックスイッチ（図示せず）を有
し、さらに電源スイッチ（図示せず）および充電用端子
（図示せず）を有している。
【００１５】発光素子は、制御回路（図示せず）の指令
に基づき位置情報およびクリック情報を光に変換して発
光するものであり、例えばクリックスイッチが押される
と、制御回路が通電され、内部で発生する位置情報パル
スなどを発光する。なお、受光素子は可視光に反応する
ためペン型入力装置からの特定の波長（通常、赤外線）
のみを透過させるフィルタ７を設ける。クリックスイッ
チは例えば指で押されることにより前述のように発光素
子の発光を開始させる機能と同時にクリックオン用スイ
ッチおよびクリックオフ用スイッチなどとしても作動す
るものである。この場合、電源スイッチを特に設けなく
ともいずれかのクリックスイッチが一定時間おされない
場合に制御回路への通電を中止する機能を付加すること
によって無駄な電力消費を防ぐことが可能である。な
お、クリックスイッチの数は限定する必要はなく、さら
に回路への通電を確実に遮断するために電源スイッチを
別に付加してもよい。
に基づき位置情報およびクリック情報を光に変換して発
光するものであり、例えばクリックスイッチが押される
と、制御回路が通電され、内部で発生する位置情報パル
スなどを発光する。なお、受光素子は可視光に反応する
ためペン型入力装置からの特定の波長（通常、赤外線）
のみを透過させるフィルタ７を設ける。クリックスイッ
チは例えば指で押されることにより前述のように発光素
子の発光を開始させる機能と同時にクリックオン用スイ
ッチおよびクリックオフ用スイッチなどとしても作動す
るものである。この場合、電源スイッチを特に設けなく
ともいずれかのクリックスイッチが一定時間おされない
場合に制御回路への通電を中止する機能を付加すること
によって無駄な電力消費を防ぐことが可能である。な
お、クリックスイッチの数は限定する必要はなく、さら
に回路への通電を確実に遮断するために電源スイッチを
別に付加してもよい。
【００１６】次に、図４を参照すると、入力装置本体４
の回路ブロック図が示されている。受光素子９は、前述
したようにペン型入力装置５からの光を受光する（具体
的には、４分割されたフォトダイオードのそれぞれの部
分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで受光する）。受光素子９は検出演算
回路部３０に接続されており、この検出演算回路部３０
は、Ｉ／Ｖアンプ１０、１１、１２、１３、加算アンプ
１４、１５、１６、１７、１８、２０、減算アンプ１
９、２１、除算回路２３、２４、クリック情報検出回路
２２および位置演算回路２５を含む。Ｉ／Ｖアンプ１
０、１１、１２、１３は、詳細には後述するが、受光素
子の４分割フォトダイオードによって受光されて発生し
た光電流を電圧に変換して出力するものである。なお、
理解し易いように、図中、受光素子９の部分Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄに対応して発生される電圧を便宜上Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄと表している。
の回路ブロック図が示されている。受光素子９は、前述
したようにペン型入力装置５からの光を受光する（具体
的には、４分割されたフォトダイオードのそれぞれの部
分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄで受光する）。受光素子９は検出演算
回路部３０に接続されており、この検出演算回路部３０
は、Ｉ／Ｖアンプ１０、１１、１２、１３、加算アンプ
１４、１５、１６、１７、１８、２０、減算アンプ１
９、２１、除算回路２３、２４、クリック情報検出回路
２２および位置演算回路２５を含む。Ｉ／Ｖアンプ１
０、１１、１２、１３は、詳細には後述するが、受光素
子の４分割フォトダイオードによって受光されて発生し
た光電流を電圧に変換して出力するものである。なお、
理解し易いように、図中、受光素子９の部分Ａ、Ｂ、
Ｃ、Ｄに対応して発生される電圧を便宜上Ａ、Ｂ、Ｃ、
Ｄと表している。
【００１７】加算アンプ１４、１５、１６、１７は、受
光素子９の左右および上下の部分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから出
力される２つの出力を加算するものである。また加算ア
ンプ１８、２０、減算アンプ１９、２１は、それぞれ前
段の加算アンプからの２つの出力を加算および減算する
ものである。除算アンプ２３、２４は、減算アンプ１
９、２１の出力をそれぞれ対応する加算アンプ１８、２
０の出力で除算して出力するものである。クリックパル
ス検出回路２２は受光して変換した電気信号の中にクリ
ック情報が含まれているかどうかを検出するものであ
る。なお、クリックパルスの検出はペン型入力装置側の
変調により、入射光が適当に変調されているため、受光
素子９からの出力を判断することにより行なうことがで
きる。さらに位置演算回路２５は除算アンプ２３、２４
からの光量比情報およびその他の定数からペン型入力装
置の位置を算出するものである。
光素子９の左右および上下の部分Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄから出
力される２つの出力を加算するものである。また加算ア
ンプ１８、２０、減算アンプ１９、２１は、それぞれ前
段の加算アンプからの２つの出力を加算および減算する
ものである。除算アンプ２３、２４は、減算アンプ１
９、２１の出力をそれぞれ対応する加算アンプ１８、２
０の出力で除算して出力するものである。クリックパル
ス検出回路２２は受光して変換した電気信号の中にクリ
ック情報が含まれているかどうかを検出するものであ
る。なお、クリックパルスの検出はペン型入力装置側の
変調により、入射光が適当に変調されているため、受光
素子９からの出力を判断することにより行なうことがで
きる。さらに位置演算回路２５は除算アンプ２３、２４
からの光量比情報およびその他の定数からペン型入力装
置の位置を算出するものである。
【００１８】検出演算回路部３０の位置演算回路２５
は、制御回路２６、変換回路部２８、コネクタ２９を介
してホストコンピュータ３１（図１のパソコン本体１に
対応する）に接続されている。制御回路２６は、入力装
置本体全体の動作を制御するものであり、変換回路部２
８は、本装置を従来のマウスに置き換えて使用する場合
に、マウスパルス生成回路（図示せず）を含む。マウス
パルス生成回路は位置演算回路２５で算出した値から従
来のマウスの相対移動情報に相当する信号パルスを生成
する。マウスパルス生成回路は、同時にクリックパルス
検出回路２２で検出されたクリックパルス情報をマウス
パルスの中に相対移動情報とともに取り込む働きを持つ
ホストコンピュータとのインターフェース回路である。
また、本装置をタブレットなどの絶対座標入力装置とし
て使用する場合には、変換回路部２８は位置演算回路２
５で算出した値から従来のタブレットなどの絶対位置情
報およびクリック情報などを含む信号パルスを発生する
絶対位置パルス生成回路（図示せず）を備える。
は、制御回路２６、変換回路部２８、コネクタ２９を介
してホストコンピュータ３１（図１のパソコン本体１に
対応する）に接続されている。制御回路２６は、入力装
置本体全体の動作を制御するものであり、変換回路部２
８は、本装置を従来のマウスに置き換えて使用する場合
に、マウスパルス生成回路（図示せず）を含む。マウス
パルス生成回路は位置演算回路２５で算出した値から従
来のマウスの相対移動情報に相当する信号パルスを生成
する。マウスパルス生成回路は、同時にクリックパルス
検出回路２２で検出されたクリックパルス情報をマウス
パルスの中に相対移動情報とともに取り込む働きを持つ
ホストコンピュータとのインターフェース回路である。
また、本装置をタブレットなどの絶対座標入力装置とし
て使用する場合には、変換回路部２８は位置演算回路２
５で算出した値から従来のタブレットなどの絶対位置情
報およびクリック情報などを含む信号パルスを発生する
絶対位置パルス生成回路（図示せず）を備える。
【００１９】コネクタ２９は、変換回路部２８により発
生されたマウスパルス（相対移動情報およびクリック情
報を含む）をマウスケーブル６を通してパソコン本体１
に送り、またパソコン本体１から電力を入力装置本体に
送るためのものである。電源回路２７は制御回路を始め
とする各々の機能素子に電力を供給するものである。
生されたマウスパルス（相対移動情報およびクリック情
報を含む）をマウスケーブル６を通してパソコン本体１
に送り、またパソコン本体１から電力を入力装置本体に
送るためのものである。電源回路２７は制御回路を始め
とする各々の機能素子に電力を供給するものである。
【００２０】次に、図５〜図８を参照して本発明の位置
算出の原理について説明する。図５は位置算出の基本原
理を簡単に示したものである。図５に示すように、ペン
型入力装置の光源が下方に移動すると、フォトディテク
タ（受光素子）上のスポットが上方に移動し、ペン型入
力装置の光源が上方に移動すると、フォトディテクタ上
のスポットが下方に移動し、ペン型入力装置の光源が右
方に移動すると、フォトディテクタ上のスポットが左方
に移動し、ペン型入力装置の光源が左方に移動すると、
フォトディテクタ上のスポットが右方に移動する。
算出の原理について説明する。図５は位置算出の基本原
理を簡単に示したものである。図５に示すように、ペン
型入力装置の光源が下方に移動すると、フォトディテク
タ（受光素子）上のスポットが上方に移動し、ペン型入
力装置の光源が上方に移動すると、フォトディテクタ上
のスポットが下方に移動し、ペン型入力装置の光源が右
方に移動すると、フォトディテクタ上のスポットが左方
に移動し、ペン型入力装置の光源が左方に移動すると、
フォトディテクタ上のスポットが右方に移動する。
【００２１】ペン型入力装置の位置（座標）を計算によ
り算出するために設定しなけらばならないパラメータは
以下の通りである。 （１）光学係数ｃ：レンズの特性（形状、屈折率）、絞
り形状（レンズホルダが絞りを兼用する場合）および受
光素子−レンズ間の距離に依存する係数であり、ディテ
クタの出力比（Ｒ）から角度情報を得る際に必要となる
係数である。 （２）ディテクタ−作業面間の距離：Ｚｏ （３）ディテクタの傾き：θ
り算出するために設定しなけらばならないパラメータは
以下の通りである。 （１）光学係数ｃ：レンズの特性（形状、屈折率）、絞
り形状（レンズホルダが絞りを兼用する場合）および受
光素子−レンズ間の距離に依存する係数であり、ディテ
クタの出力比（Ｒ）から角度情報を得る際に必要となる
係数である。 （２）ディテクタ−作業面間の距離：Ｚｏ （３）ディテクタの傾き：θ
【００２２】図６は位置算出を行う光学系の座標系を示
す。この座標系より以下の２つの式が導かれる。 Ｘｏ＝ｔａｎα・Ｚｏ （１） Ｙｏ＝ｔａｎβ・Ｚｏ （２） 交点座標（Ｘｏ，Ｙｏ）は、１式、２式より、容易に求
められる。
す。この座標系より以下の２つの式が導かれる。 Ｘｏ＝ｔａｎα・Ｚｏ （１） Ｙｏ＝ｔａｎβ・Ｚｏ （２） 交点座標（Ｘｏ，Ｙｏ）は、１式、２式より、容易に求
められる。
【００２３】Ｚの距離を一定とした場合、４分割フォト
ディテクタの４つの出力のうち（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｃ）
の差（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）と和（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ＋
Ｃ）の比（Ｒｘ）とＸ方向距離の間には適当な光学系を
設計することによりかなり厳密な比例関係が成り立つこ
とが見い出されている。同様に、４分割フォトディテク
タの４つの出力のうち（Ａ＋Ｂ）、（Ｃ＋Ｄ）の差（Ａ
＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）と和（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）の比
（Ｒｙ）とＹ方向距離の間には適当な光学系を設計する
ことによりかなり厳密な比例関係が成り立つことが見い
出されている。このことは、図８から明らかである。ま
た、ある一定の範囲内では、図８のグラフの傾きｋとＺ
の位置の積がほぼ一定値（ｃ）をとることがわかる。
ディテクタの４つの出力のうち（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｃ）
の差（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）と和（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ＋
Ｃ）の比（Ｒｘ）とＸ方向距離の間には適当な光学系を
設計することによりかなり厳密な比例関係が成り立つこ
とが見い出されている。同様に、４分割フォトディテク
タの４つの出力のうち（Ａ＋Ｂ）、（Ｃ＋Ｄ）の差（Ａ
＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）と和（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）の比
（Ｒｙ）とＹ方向距離の間には適当な光学系を設計する
ことによりかなり厳密な比例関係が成り立つことが見い
出されている。このことは、図８から明らかである。ま
た、ある一定の範囲内では、図８のグラフの傾きｋとＺ
の位置の積がほぼ一定値（ｃ）をとることがわかる。
【００２４】グラフからＲ＝ｋ．Ｘ、ｋ・（Ｚの位置）
≒ｃ、したがって、この関係をＸ方向について適用する
と、 Ｘ／（Ｚの位置）＝ｔａｎα＝Ｒｘ／ｃ、 Ｒｘ＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝／｛（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ＋Ｃ）｝ このように、ｔａｎαの値は、４分割フォトディテクタ
の（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｃ）の出力の差および和から求め
ることができる。また、同様に、ｔａｎβの値も（Ａ＋
Ｂ）、（Ｃ＋Ｄ）出力の差および和から求めることがで
きる。また、レンズ形状が特殊なものでなければ（例え
ば、単純Ｒの凸レンズなどの場合）、ＸおよびＹ方向で
共通の光学係数ｃを適用することができる。
≒ｃ、したがって、この関係をＸ方向について適用する
と、 Ｘ／（Ｚの位置）＝ｔａｎα＝Ｒｘ／ｃ、 Ｒｘ＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝／｛（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ＋Ｃ）｝ このように、ｔａｎαの値は、４分割フォトディテクタ
の（Ａ＋Ｄ）、（Ｂ＋Ｃ）の出力の差および和から求め
ることができる。また、同様に、ｔａｎβの値も（Ａ＋
Ｂ）、（Ｃ＋Ｄ）出力の差および和から求めることがで
きる。また、レンズ形状が特殊なものでなければ（例え
ば、単純Ｒの凸レンズなどの場合）、ＸおよびＹ方向で
共通の光学係数ｃを適用することができる。
【００２５】次に、位置算出の手順について説明する。
最初に、準備段階で、各パラメータを設定し、計算によ
り、Ｒ−Ｘ直線（例えば、図８）のグラフの傾きｋとＺ
の位置の積ｃ（光学係数）とディテクタの傾きθの値を
求めておく。４分割フォトディテクタが発光素子から受
光した光量（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）から、加算アンプ１４、
１５、１６、１７、加算アンプ１８、２０、減算アンプ
１９、２１を用いて、差出力（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）お
よび（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）、和出力（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ
＋Ｃ）および（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）を出力させる。こ
れらの出力から、除算回路２３、２４および位置演算回
路２５を用いて受光素子におけるＸ方向の比Ｒｘおよび
Ｙ方向の比Ｒｙを求め、これからｔａｎα、ｔａｎβを
導き出し、既に計算で求めておいたｃとθの値を用いて
作業エリア面（Ｚ平面上）の交点（Ｘｏ、Ｙｏ）の値を
計算する。なお、図６はディテクタの傾きθ＝０の場合
である。
最初に、準備段階で、各パラメータを設定し、計算によ
り、Ｒ−Ｘ直線（例えば、図８）のグラフの傾きｋとＺ
の位置の積ｃ（光学係数）とディテクタの傾きθの値を
求めておく。４分割フォトディテクタが発光素子から受
光した光量（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）から、加算アンプ１４、
１５、１６、１７、加算アンプ１８、２０、減算アンプ
１９、２１を用いて、差出力（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）お
よび（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）、和出力（Ａ＋Ｄ）＋（Ｂ
＋Ｃ）および（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ＋Ｄ）を出力させる。こ
れらの出力から、除算回路２３、２４および位置演算回
路２５を用いて受光素子におけるＸ方向の比Ｒｘおよび
Ｙ方向の比Ｒｙを求め、これからｔａｎα、ｔａｎβを
導き出し、既に計算で求めておいたｃとθの値を用いて
作業エリア面（Ｚ平面上）の交点（Ｘｏ、Ｙｏ）の値を
計算する。なお、図６はディテクタの傾きθ＝０の場合
である。
【００２６】次に、図７を参照して、受光素子の光軸の
中心が作業面から高さｈにあり、受光素子の光軸が作業
面に対してθの傾きにある場合の位置算出方法を説明す
る。この場合は、例えば、入力装置本体を作業面（例え
ばテーブルなど）に載せてペン型入力装置をその作業面
上（または上方）で移動させる場合に該当する。この座
標系においては、以下の２つの式が成り立つ。 Ｘｏ＝ｔａｎα・（ｈ２＋ＹｅＵ）１Ｘ２ （３） Ｙｏ＝ｔａｎ（（π／２）−θ＋β）・ｈ （４） 光源の光軸に対するＸおよびＹ方向の角度α、βは前述
したものと同様にして求めることができる。４式におい
て、θおよびｈが既知であるのでＹｏは容易に求めら
れ、さらにＹｏの値を３式に代入することによってＸｏ
の値を求めることができる。
中心が作業面から高さｈにあり、受光素子の光軸が作業
面に対してθの傾きにある場合の位置算出方法を説明す
る。この場合は、例えば、入力装置本体を作業面（例え
ばテーブルなど）に載せてペン型入力装置をその作業面
上（または上方）で移動させる場合に該当する。この座
標系においては、以下の２つの式が成り立つ。 Ｘｏ＝ｔａｎα・（ｈ２＋ＹｅＵ）１Ｘ２ （３） Ｙｏ＝ｔａｎ（（π／２）−θ＋β）・ｈ （４） 光源の光軸に対するＸおよびＹ方向の角度α、βは前述
したものと同様にして求めることができる。４式におい
て、θおよびｈが既知であるのでＹｏは容易に求めら
れ、さらにＹｏの値を３式に代入することによってＸｏ
の値を求めることができる。
【００２７】再び、光学係数ｃを説明するための図８を
参照すると、図８は、集光能力を回上するための簡単な
レンズをフォトディテクタの前方にレンズホルダ（絞り
を兼用する）を介して配置した場合のＺ＝１００、２０
０、３００ｍｍのときのＸ方向距離と比率Ｒの関係およ
びｃの値を示している。
参照すると、図８は、集光能力を回上するための簡単な
レンズをフォトディテクタの前方にレンズホルダ（絞り
を兼用する）を介して配置した場合のＺ＝１００、２０
０、３００ｍｍのときのＸ方向距離と比率Ｒの関係およ
びｃの値を示している。
【００２８】図９は本発明で用いることが望ましいレン
ズホルダ（絞りを兼用する）の斜視図である。図１０は
レンズホルダの材質を通常の樹脂製のものとした場合の
ノイズの影響を示す周波数スペクトラムである。近年、
電子機器が多用され、その中には電磁（ＥＭＩ）ノイズ
を著しく発生するものもあり、図１０において認められ
るピークはこれらのノイズによるものである。図１１
は、このノイズの影響を軽減するためにレンズホルダ
（絞りを兼用する）の材質をアルミニウムのような金属
材料とし、回路のアースと接続した場合の周波数スペク
トラムである。この処理を施すことによりノイズによる
ピークのうち小さい２つのピークは完全になくなり、最
も大きなピークも約３８ｄＢ程度減衰できた。この他、
樹脂製のレンズホルダの表面に電磁ガードスプレー（例
えば３Ｍ製）を塗布したり、シールド効果のある樹脂材
（例えばパンライト、帝人化成製）を用いることによっ
ても同程度の効果が認められた。
ズホルダ（絞りを兼用する）の斜視図である。図１０は
レンズホルダの材質を通常の樹脂製のものとした場合の
ノイズの影響を示す周波数スペクトラムである。近年、
電子機器が多用され、その中には電磁（ＥＭＩ）ノイズ
を著しく発生するものもあり、図１０において認められ
るピークはこれらのノイズによるものである。図１１
は、このノイズの影響を軽減するためにレンズホルダ
（絞りを兼用する）の材質をアルミニウムのような金属
材料とし、回路のアースと接続した場合の周波数スペク
トラムである。この処理を施すことによりノイズによる
ピークのうち小さい２つのピークは完全になくなり、最
も大きなピークも約３８ｄＢ程度減衰できた。この他、
樹脂製のレンズホルダの表面に電磁ガードスプレー（例
えば３Ｍ製）を塗布したり、シールド効果のある樹脂材
（例えばパンライト、帝人化成製）を用いることによっ
ても同程度の効果が認められた。
【００２９】以上、本発明を１個の受光光学系（光学フ
ィルタ、レンズホルダ、レンズ、フォトディテクタなど
を含む）を用いる２次元平面座標検出の場合を中心に説
明してきたが、入力装置本体４に同様な構成の光学系を
追加することによって、低コスト、高精度、高安定性の
３次元空間座標検出を実現することも可能である。
ィルタ、レンズホルダ、レンズ、フォトディテクタなど
を含む）を用いる２次元平面座標検出の場合を中心に説
明してきたが、入力装置本体４に同様な構成の光学系を
追加することによって、低コスト、高精度、高安定性の
３次元空間座標検出を実現することも可能である。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ワイヤ
レス方式コンピュータ入力装置本体に１つの受光素子を
用いるので、ワイヤレス方式コンピュータ入力装置本体
を小型化できる。
レス方式コンピュータ入力装置本体に１つの受光素子を
用いるので、ワイヤレス方式コンピュータ入力装置本体
を小型化できる。
【００３１】さらに、ワイヤレス方式コンピュータ入力
装置本体の光学系ユニットにレンズホルダ（絞りを兼用
する）を用い、そのレンズホルダ自体にシールド効果を
持たせたので、２つの光学系ユニットを用いるシステム
に比べで部品点数の削除によるサイズの小型化および低
コスト化、耐外部ノイズ性の向上などが実現できるワイ
ヤレス方式コンピュータ入力装置を得ることができる。
装置本体の光学系ユニットにレンズホルダ（絞りを兼用
する）を用い、そのレンズホルダ自体にシールド効果を
持たせたので、２つの光学系ユニットを用いるシステム
に比べで部品点数の削除によるサイズの小型化および低
コスト化、耐外部ノイズ性の向上などが実現できるワイ
ヤレス方式コンピュータ入力装置を得ることができる。
【図１】図１は、１個の光学系を有する入力装置本体お
よびペン型入力装置から成る本発明のワイヤレス方式コ
ンピュータ入力装置をパソコンに用いた場合の斜視図で
ある。
よびペン型入力装置から成る本発明のワイヤレス方式コ
ンピュータ入力装置をパソコンに用いた場合の斜視図で
ある。
【図２】図２は、入力装置本体の拡大斜視図である。
【図３】図３は、本発明の入力装置本体の詳細を示す断
面図である。
面図である。
【図４】図４は、入力装置本体の回路ブロック図であ
る。
る。
【図５】図５は、光源の移動に対するディテクタ上の光
スポットの移動を説明するための概略図である。
スポットの移動を説明するための概略図である。
【図６】図６は、位置座標算出方法を説明するための概
略図である。
略図である。
【図７】図７は、位置座標算出方法を説明するための概
略図である。
略図である。
【図８】図８は、位置算出時に用いるパラメータの１つ
を決定するためのグラフであり、レンズ系を用いるシス
テムにおける円形絞りを採用する場合を示す。
を決定するためのグラフであり、レンズ系を用いるシス
テムにおける円形絞りを採用する場合を示す。
【図９】図９は、本発明のレンズホルダ（絞りを兼用す
る）の斜視図である。
る）の斜視図である。
【図１０】図１０は、レンズホルダの材質に通常の樹脂
を用いた場合のディテクタ出力の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
を用いた場合のディテクタ出力の周波数スペクトラムを
示すグラフである。
【図１１】図１１は、レンズホルダの材質にシールド材
（アルミニウム）を用いた場合のディテクタ出力の周波
数スペクトラムを示すグラフである。
（アルミニウム）を用いた場合のディテクタ出力の周波
数スペクトラムを示すグラフである。
【図１２】図１２は、従来例の光学系を示す断面図であ
る。
る。
１ パソコン本体 ２ ＣＲＴ ３ キーボード ４ 入力装置本体 ５ ペン型入力装置 ６ マウスケーブル ７ 光学フィルタ ８ レンズホルダ ９ 受光素子（ディテクタ） １０、１１、１２、１３ Ｉ／Ｖアンプ １４、１５、１６、１７ 加算アンプ １８、２０ 加算アンプ １９、２１ 減算アンプ ２３、２４ 除算アンプ ２５ 位置演算回路 ３２ レンズ
Claims (8)
- 【請求項１】 ペン型入力装置および入力装置本体を有
するワイヤレス方式コンピュータ入力装置において、ペ
ン型入力装置は光パルスを発生する発光素子を有し、入
力装置本体はペン型入力装置の発光素子から発射された
光パルスを受光する１つの受光素子を含む少なくとも１
つの光学系ユニットと、受光素子からの出力を演算して
ペン型入力装置の位置座標を算出する演算回路手段を有
し、前記受光素子は、上下左右に分けられた４つの部分
の各々が個々に独立して発光素子からの光パルスの光量
を受光して所定の平面内の発光素子の２次元位置を算出
可能な４分割フォトダイオードであることを特徴とする
ワイヤレス方式コンピュータ入力装置。 - 【請求項２】 請求項１記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記受光素子の前に配置された
光を集光するレンズをさらに有することを特徴とするワ
イヤレス方式コンピュータ入力装置。 - 【請求項３】 請求項２記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記レンズを支持するレンズホ
ルダを有することを特徴とするワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置。 - 【請求項４】 請求項３記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記レンズホルダは周辺の電子
機器からの電磁ノイズをシールドためにシールド材から
作られていることを特徴とするワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置。 - 【請求項５】 請求項３記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記レンズホルダは周辺の電子
機器からの電磁ノイズをシールドするためにシールド材
で保護されていることを特徴とするワイヤレス方式コン
ピュータ入力装置。 - 【請求項６】 請求項３記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記レンズホルダが外光による
光学的ノイズを除去するための光学フィルタと一体化さ
れていることを特徴とするワイヤレス方式コンピュータ
入力装置。 - 【請求項７】 請求項１記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、作業面に置かれる入力装置本体
をさらに有し、該入力装置本体は作業面からほぼ垂直に
延びる直立部分と、該直立部分から所定の角度でさらに
延びる傾斜部分を有し、該傾斜部分に前記受光素子が配
置されていることを特徴とするワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置。 - 【請求項８】 請求項７記載のワイヤレス方式コンピュ
ータ入力装置において、前記受光素子は４分割フォトデ
ィテクタであり、前記作業面からの受光素子の高さをｈ
とし、前記傾きをθとし、前記フォトディテクタの４つ
の部分から得られる入射光量に対応する出力をＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄとし、求める発光素子の位置を表す交点座標と受
光素子の作業面上の点を結ぶ線が作業面上のＹ軸となす
角度をαとし、交点座標と受光素子を結ぶ線が受光素子
の光軸となす角度をβとし、光学係数（絞り形状と受光
素子−絞り間の距離に依存する係数）をｃとすると、交
点座標（Ｘ０，Ｙ０）は、Ｘ０＝ｔａｎα・（ｈ２＋Ｙ
０ ２）１／２、Ｙ０＝ｔａｎ（（π／２）−θ＋β）・
ｈの式から求めることができ、ここで、演算からｔａｎ
α＝Ｒｘ／ｃ、Ｒｘ＝｛（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）｝／
｛（Ａ＋Ｄ）十（Ｂ＋Ｃ）｝、ｔａｎβ＝Ｒｙ／ｃ、Ｒ
ｙ＝｛（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）｝／｛（Ａ＋Ｂ）＋（Ｃ
＋Ｄ）｝が求められることを特徴とするワイヤレス方式
コンピュータ入力装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5164191A JP2613840B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 |
| US08/569,665 US5585619A (en) | 1993-06-08 | 1995-12-08 | Wireless input system for computer using elevated four-division photodetector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5164191A JP2613840B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06348402A JPH06348402A (ja) | 1994-12-22 |
| JP2613840B2 true JP2613840B2 (ja) | 1997-05-28 |
Family
ID=15788420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5164191A Expired - Fee Related JP2613840B2 (ja) | 1993-06-08 | 1993-06-08 | ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5585619A (ja) |
| JP (1) | JP2613840B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10198486A (ja) | 1997-01-07 | 1998-07-31 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ワイヤレス入力装置 |
| JP4144947B2 (ja) * | 1998-04-01 | 2008-09-03 | 富士通コンポーネント株式会社 | マウス |
| KR100608284B1 (ko) * | 1999-06-30 | 2006-08-02 | 삼성전자주식회사 | 원격 포인팅시스템 |
| WO2010041334A1 (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社 | 受信光監視装置及びこれを備えたバランス型光受信器 |
| US8687060B1 (en) * | 2009-12-28 | 2014-04-01 | Cognex Corporation | System and method for providing distance-based pulses relative to motion of a surface scanned by a vision system |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3723013A (en) * | 1970-10-23 | 1973-03-27 | Atomic Energy Commission | Alignment system |
| US5025516A (en) * | 1988-03-28 | 1991-06-25 | Sloan Valve Company | Automatic faucet |
| ATE89362T1 (de) * | 1988-06-03 | 1993-05-15 | Inventio Ag | Verfahren und vorrichtung zur steuerung der tuerstellung einer automatischen tuer. |
| JPH0748174B2 (ja) * | 1989-09-04 | 1995-05-24 | 松下電器産業株式会社 | ペン型のコンピュータ入力装置 |
| JPH03196326A (ja) * | 1989-12-26 | 1991-08-27 | Digital Sutoriimu:Kk | ワイヤレス方式コンピュータ入力装置 |
| CA2060564C (en) * | 1992-02-06 | 1996-05-21 | Toru Suzuki | Wireless input system for computer |
| JPH0659807A (ja) * | 1992-06-12 | 1994-03-04 | Sanyo Electric Co Ltd | カーソル制御装置 |
-
1993
- 1993-06-08 JP JP5164191A patent/JP2613840B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1995
- 1995-12-08 US US08/569,665 patent/US5585619A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5585619A (en) | 1996-12-17 |
| JPH06348402A (ja) | 1994-12-22 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |