DE68921543T2

DE68921543T2 - Optische Koordinateneingabevorrichtung und Positionszeiger dafür.

Info

Publication number: DE68921543T2
Application number: DE68921543T
Authority: DE
Inventors: Azuma Murakami; Norio Saito
Original assignee: Wacom Co Ltd
Current assignee: Wacom Co Ltd
Priority date: 1988-10-26
Filing date: 1989-10-25
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: US5148016A; EP0366112A3; EP0366112B1; EP0366112A2; DE68921543D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Koordinateneingabevorrichtung und einen Positionszeiger dafür, die in der Lage sind, Information über Manuskripte, Bilder, genaue Zeichnungen und dergleichen in ein Host-Gerät elnzugeben. Spezieller bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine optische Koordinateneingabevorrichtung und einen Positionszeiger dafür, die wahlweise bei einer gegebenen zweidimensionalen Koordinatenebene eingesetzt werden kann und bei der ein Gebiet, in dem die Koordinateneingabe angezelgt wird, im wesentlichen frei von Beschränkungen ist.
Es gibt eine Vielzahl sogenannter Koordinateneingabegeräte, die in der Lage sind, zweidimensionale Koordinaten einzugeben, wobei diese Geräte beispielsweise von einem elektrostriktiven Typ, einem elektromagnetischen Induktions-Typ, einem druckempfindlichen Typ, einem elektrostatischen Induktions-Typ oder dergleichen sind. All diese Geräte sind grundsätzlich so ausgebildet, daß sie einen Koordinateneingabeteil besitzen, der gebildet wird durch die Kombination eines Tabletts (oder einer Tastatur), das eine zweidimensionale Koordinatenebene definiert, mit einem beweglichen Positionszeigeinstrument. Das Tablett und das Positionszeigeinstrument kommunizieren miteinander mit Hilfe eines elektrischen, magnetischen oder mechanischen Signals, so daß die Position des Positionszeigeinstruments auf der zweidimensionalen Koordinatenebene erkannt wird. Auf diese Weise werden die eingegebenen Koordinaten angegeben.
Das oben beschriebene herkömmliche Koordinateneingabegerät ist jedoch so aufgebaut, daß ein Tablett ausschließlich ein Tablett mit einer speziellen Struktur ist, das bestimmte Abmessungen, eine bestimmte Form und einen bestimmten Aufbau hat, in Übereinstimmung mit der physikalischen Größe, die für das Senden/Empfangen des Signals zu und von dem Positionsangabegerät verwendet wird. Deshalb bestand unter dem Gesichtspunkt der Herstellungstechnik eine Begrenzung der Papiergröße, wobei die größte Papiergröße etwa A0 ist, selbst dann, wenn ein Gerät vom elektromagnetischen Typ verwendet wird, das hinsichtlich der Genauigkeit als vorteilhaft betrachtet wird und deshalb für größere Größen geeignet ist. Außerdem mußte das ebene Gebiet, in dem die Eingabe der Koordinaten vorgenommen werden kann, notwendigerweise auf den Bereich des Tabletts beschränkt sein. Deshalb konnte keine freie Eingabe von sich über einen beliebigen Bereich erstreckender Graphik unabhängig davon, ob der Bereich breit oder schmal ist, ermöglicht werden.
Der Positionszeiger des oben beschriebenen herkömmlichen Koordinateneingabegerätes wurde stets in Kombination mit einem speziellen Tablett verwendet, das zum Senden und Empfangen eines Signals in der Lage ist. Deshalb kann das herkömmliche Koordinateneingabegerät nicht allein, das heißt, getrennt von dem Tablett, bei einer beliebigen zweidimensionalen Koordinatenebene eingesetzt werden. Da außerdem die Abmessungen der Ebene des ausschließlich vorgesehenen Tabletts physikalisch begrenzt waren, kann der Positionsanzeiger nicht zur freien Eingabe von zweidimensionaler Information in einem weiten Bereich benutzt werden.
GB-A-1 466 471 beschreibt ein optisches Koordinateneingabegerät mit einem kreisförmigen reflektierenden Positionszeiger und einer Abtasteinrichtung zum Abtasten einer zweidimensionalen Koordinatenebene von zwei verschiedenen Punkten aus, die längs einer Bezugslinie um eine vorgegebene Entfernung zueinander beabstandet sind. Von jedem der Punkte wird der Winkel zwischen dem von dem Zeiger reflektierten Lichtstrahl und der Bezugslinie gemessen. Aus den gemessenen Winkeln und der Entfernung zwischen den beiden Punkten können die Koordinaten des Zeigers berechnet werden. Außerdem beschreibt GB-A-1 466 471 einen reflektierenden Positionszeiger, der in seiner reflektierenden Oberfläche eine V-förmige Nut besitzt, sowie einen Zeiger mit einer flachen reflektierenden Oberfläche und einer gekrümmten reflektierenden Oberfläche.
DE-A-2 355 616 beschreibt ein Gerät ähnlich dem in GB-A-1 466 471 und lehrt zusätzlich die Verwendung von Polarisatoren zum Polarisieren der von der Abtasteinrichtung erzeugten Lichtstrahlen, um Interferenz zwischen den reflektierten Lichtstrahlen zu vermeiden.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Koordinateneingabegerät zu schaffen, das von den herkömmlichen Beschränkungen des Tabletts befreit und deshalb in der Lage ist, bei einer weiten zweidimensionalen Koordinatenebene eingesetzt zu werden.
Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Koordinateneingabevorrichtung zu schaffen, in der der Abstand zwischen den beiden in dem Lichtquellenteil angeordneten und auf der Bezugslinie voneinander beabstandeten Punkten entsprechend der Fläche des Koordinateneingabegebietes eingestellt werden kann.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine optische Koordinateneingabevorrichtung geschaffen, wie sie in Anspruch 1 angegeben ist.
In einer Ausführungsform ist die optische Koordinateneingabevorrichtung so ausgebildet, daß der Lichtquellenteil auf der Koordinatenebene montiert ist und zwei Lichtquelleneinheiten enthält, die in der Lage sind, Licht so abzugeben, daß die Koordinatenebene winklig von zwei Punkten aus abgetastet wird, die entfernt voneinander auf einer Bezugslinie angeordnet sind und in der Lage sind, Licht zu empfangen, das sich in Gegenrichtung ausbreitet, nachdem das Licht durch den Positionszeiger reflektiert worden ist, wenn die auftreffenden Lichtstrahlen mit den geraden Linien zusammenfallen, die den Positionszeiger mit jedem dieser Punkte verbinden, wobei die Lichtquellenposition so angeordnet ist, daß die beiden Lichtquelleneinheiten längs der Bezugslinie beweglich sind, so daß der Abstand zwischen den beiden Punkten so eingestellt werden kann, daß er der Größe der Koordinatenebene entspricht.
Bei der so gebildeten Koordinateneingabevorrichtung werden die beiden Lichtquelleneinheiten in dem Lichtquellenteil in Übereinstimmung mit der Fläche des Koordinaten eingabegebietes relativ zueinander längs der Bezugslinie bewegt. Als Ergebnis kann hinsichtlich vielfältiger Verwendungen eine ganz hervorragend optische Koordinateneingabevorrichtung geschaffen werden, da Koordinaten in beliebig dimensionierten Eingabegebieten eingegeben werden können.
Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Positionszeiger zu schaffen, der die Funktion hat, selektiv einen auftreffenden Lichtstrahl zu reflektieren, der in Richtung auf die Mittelachse verläuft, die die Position des Positionszeigers repräsentiert, so daß der reflektierte Lichtstrahl zu der Lichtquelle für das auftreffende Licht zurückgeleitet wird. Der Positionszeiger hat außerdem die Funktion, in dem Fall, daß kontinuierliche Koordinateneingaben vorgenommen werden, indem der Positionszeiger (ein Cursor) kontinuierlich von Hand auf der Ebene bewegt wird, der reflektierte Lichtstrahl selbst dann mit dem auftreffenden Lichtstrahl in Übereinstimmung gehalten wird, wenn der Positionszeiger während der Bewegung in bezug auf die Koordinatenebene gekippt wird.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Positionszeiger geschaffen, wie er in Anspruch 11 angegeben ist.
In einer Ausführungsform hat der Positionszeiger ein ringförmiges Linsenelement aus einem optischen Material in der Form einer ringförmigen Gestalt mit einer konzentrischen inneren Oberfläche und einer äußeren Oberfläche, wobei die innere Oberfläche zu der geometrischen Mittelachse des ringförmigen Linsenelements parallel ist und die äußere Oberfläche so gestaltet ist, daß sie eine mit einer vorgegebenen Krümmung auswärts gekrümmte Form hat, wodurch eine Linse erhalten wird, deren optische Achse in Radialrichtung der ringförmigen Gestalt verläuft und die ihren Brennpunkt auf der inneren Oberfläche hat. Eine Reflexionsschicht ist auf der inneren Oberfläche des ringförmigen Linsenelements angeordnet und in der Lage, Licht zu reflektieren, das in einer die konzentrische Achse und die radiale optische Achse enthaltenden Ebene auftrifft, wobei das Licht parallel zu dem auftreffenden Licht reflektiert wird. Als Ergebnis können die in Richtung auf die Mittelachse des Positionszeigers einfallenden Lichtstrahlen selektiv reflektiert werden, und der reflektierte Lichtstrahl kann zu der Lichtquelle des eintreffenden Lichts zurückgelenkt werden. Wenn außerdem der Positionszeiger von Hand kontinuierlich auf der Ebene bewegt wird, um eine kontinuierliche Koordinateneingabe vorzunehmen, und wenn der Positionszeiger während der Bewegung in bezug auf die Koordinatenebene gekippt wird, so kann der reflektierte Lichtstrahl mit dem optischen Pfad der eintreffenden Lichtstrahlen in Übereinstimmung gehalten werden.
Diese und weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung ergeben sich vollständiger aus der nachfolgenden Beschreibung.
Fig. 1(a) ist eine perspektivische Außenansicht eines optischen Koordinateneingabesystems;
Fig. 1(b) ist eine Ansicht, die die Anordnung eines optischen Systems ähnlich dem in GB-A-1 466 471 beschriebenen illustriert;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Positionszeiger zur Verwendung in Figur 1(b) illustriert;
Fig. 3 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 1(b);
Fig. 4 ist ein Flußdiagramm eines Programms zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 1(b);
Fig. 5 ist eine Ansicht, die eine andere Anordnung eines optischen Systems illustriert, das kein Ausführungsbeispiel ist, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist;
Fig. 6(a) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Positionszeiger illustriert;
Fign. 6(b) und 6(c) sind Ansichten, die einen Spiegelteil des Positionzeigers ähnlich dem in GB-A-1 466 471 illustrieren;
Fig. 7 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 5;
Fig. 8(a) ist eine Ansicht, die ein erstes Erfassungsdatenformat illustriert;
Fig. 8(b) ist eine Ansicht, die ein zweites Erfassungsdatenformat illustriert;
Fign. 9(a) und 9(b) sind Flußdiagramme eines Programms zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 5;
Fig. 10 ist eine Ansicht, die eine andere Anordnung eines optischen Systems illustriert, das kein Ausführungsbeispiel ist, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist;
Fig. 11(a) ist eine perspektivische Ansicht, die einen Positionszeiger illustriert;
Fign. 11(b) und 11(c) sind Ansichten, die den Spiegelteil des Positionszeigers illustrieren;
Fig. 12 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Schaltung zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 1(a);
Fign. 13(a) und 13(b) sind schematische Ansichten, die eine Koordinateneingabevorrichtung nach einer ersten Ausführungsform illustrieren;
Fig. 7 ist eine Frontansicht, die einen Lichtquellenteil der Koordinateneingabevorrichtung illustriert;
Fig. 15(a) ist ein Grundriß, der eine Ausführungsform eines Reflexions- Positionszeigers illustriert;
Fig. 15(b) ist ein Schnitt, der den Reflexions-Positionszeiger illustriert; und
Fig. 15(c) ist eine Ansicht, die die Betriebsweise des Reflexions- Positionszeigers illustriert.
Figur 1(a) ist eine perspektivische Außenansicht, die ein optisches Koordinateneingabesystem illustriert, und Figur 1(b) ist eine Ansicht, die die Anordnung eines optischen Systems ähnlich dem in GB-A-1 466 471 beschriebenen illustriert. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 100 einen Aufnahmeteil für einen optischen Quellenteil, 101 bezeichnet einen Lichtquellenteil, der aus zwei Lichtquelleneinheiten 102 und 103 besteht. Das Bezugszeichen 104 bezeichnet eine Eingabetafel, 105 bezeichnet ein Koordinateneingabegebiet, 106 bezeichnet ein Stützgestell für die Eingabetafel 104. Das Bezugszeichen 110 bezeichnet einen Reflexions-Positionszeiger (oder Cursor), 121 und 122 bezeichnen Laser, 123 und 124 bezeichnen Halbspiegel, 125 und 126 bezeichnen erste und zweite Drehspiegel und 127 und 128 bezeichnen erste und zweite Photosensoren.
Wie in Figur 2 gezeigt ist, ist der Positionszeiger 110 so aufgebaut, daß ein zyllndrischer Spiegelteil 112 auf einer Seitenfläche eines kastenförmigen Hauptkörpers 111 angeordnet ist, wobei der Boden des Hauptkörpers 111 und der des Spiegelteils 112 so angeordnet sind, daß sie parallel zu einer zweidimensionalen Koordinatenebene, das heißt, der Ebene XY gehalten werden können. Ein auf der äußeren Oberfläche des Spiegelteils 112 ausgebildeter Spiegel ist so angeordnet, daß er zu der Bodenfläche des Spiegeltells 112 rechtwinklig ist. Eine aus Kunststoff hergestellte transparente Anzeigeplatte (in der Zeichnung fortgelassen) ist an der oben beschriebenen Bodenfläche des Spiegelteils 112 befestigt. Auf der oben beschriebenen Anzeigeplatte ist ein Fadenkreuz vorgesehen, das die Mitte des Spiegel teils 112 zeigt. So kann die Koordinateneingabeposition angegeben werden, indem der Positionszeiger 110 über die oben beschriebene Ebene XY bewegt wird.
Jeder der Laser 121 und 122 umfaßt einen Halbleiterlaser zur Erzeugung eines Laserstrahls, der von dem Laser 121 ausgesandt wird und parallel zu der Ebene XY über den auf der X-Achse angeordneten Halbspiegel 123 auf eine Drehachse eines ersten Drehspiegels 125 auftrifft, wobei der erste Drehspiegel 125 im Ursprung der XY-Ebene angeordnet ist. Andererseits trifft der von dem Laser 122 ausgesandte Laserstrahl parallel zu der Ebene XY über den auf der X-Achse angeordneten Halbspiegel 124 auf die Drehachse eines zweiten Drehspiegels 126 auf, wobei der zweite Drehspiegel 126 auf der X-Achse um eine vorgegebene Entfernung L, beispielsweise 5 m, von dem ersten Drehspiegel 125 entfernt ist. Jeder der ersten und zweiten Photosensoren 127 und 128 umfaßt einen npn-Phototransistor, dessen Kollektor mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Der erste Photosensor 127 ist so angeordnet, daß er über den Halbspiegel 123 den Laserstrahl detektiert, der von dem ersten Drehspiegel 125 in derselben Richtung reflektiert wird, in der der Lichtstrahl auf den ersten Drehspiegel 125 auftrifft, wobei der so detektierte Laserstrahl der von dem Laser 121 ausgesandte Laserstrahl ist. Der zweite Photosensor 128 ist so positioniert, daß er in der Lage ist, über den Halbspiegel 124 den Laserstrahl zu detektieren, der von dem zweiten Drehspiegel 126 in derselben Richtung reflektiert wird wie der Lichtstrahl, der auf den zweiten Drehspiegel 126 auftrifft, wobei der so detektierte Laserstrahl der von dem Laser 122 ausgesandte Laserstrahl ist. Spezielle Punkte P&sub1; und P&sub2; auf den jeweiligen Drehachsen der Drehspiegel 125 und 126 sind auf derselben Bezugslinie positioniert, die zu der X-Achse der Koordinatenebene parallel ist, wobei die speziellen Punkte P&sub1; und P&sub2; voneinander entfernt sind.
So wird die erste Lichtquelleneinhelt 102 durch den Laser 121, den Halbspiegel 123, den Drehspiegel 125, den Photosensor 127 und einen später beschriebenen Treiber 131 gebildet. Die zweite Lichtquelleneinheit 103 wird durch den Laser 122, den Halbspiegel 124, den Drehspiegel 126, den Photosensor 128 und einen Treiber 132 gebildet.
Figur 3 ist ein Blockdiagramm, das die elektrische Schaltung zur Verwendung in der Anordnung nach Figur 1(b) illustriert. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 131 einen ersten Drehspiegel-Treiber, der in der Lage ist, den in Figur 1 gezeigten ersten Drehspiegel mit einer gleichförmigen Winkelgeschwindigkeit ω im Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Der erste Drehspiegel-Treiber 131 ist auch in der Lage, ein Impulssignal A mit dem logischen Wert "1" auszusenden, das eine vorgegebene Impulsbreite TPW hat, wenn die Normale zu der Oberfläche des ersten Drehspiegels 125 mit dem Weg des von dem Laser 121 ausgesandten einfallenden Lichtstrahls zusammenfällt. Die Impulsbreite TPW des Impulssignals A ist kürzer als die Zeit Tf, die der erste Drehspiegel 125 für eine vollständige Umdrehung benötigt. Das Bezugszeichen 132 bezeichnet einen zweiten Drehspiegel-Treiber, der in der Lage ist, den in Figur 1 gezeigten zweiten Drehspiegel 126 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit ω im Uhrzeigersinn zu drehen. Der zweite Drehspiegel-Treiber 132 ist auch in der Lage, ein Impulssignal B mit dem logischen Wert "1" auszusenden, das eine vorgegebene Impulsbreite TPW hat, wenn die Normale zu der Oberfläche des zweiten Drehspiegels 126 mit dem Weg des von dem Laser 122 ausgesandten einfallenden Lichtstrahls zusammenfällt. Die Impulsbreite TPW des Impulssignals B ist kürzer als die Zeit Tf, die der zweite Drehspiegel 26 für eine vollständige Umdrehung benötigt.
Die Bezugszeichen 141 und 142 bezeichnen Pegeldetektionsschaltungen, die einander ähnlich sind und deren jede durch Widerstände und Operationsverstärker gebildet wird. Die Pegeldetektionsschaltung 141 ist in der Lage, einen von dem Emitter des ersten Photosensors 127 übermittelten photoelektrischen Strom in eine Spannung umzuwandeln. Außerdem veranlaßt die Pegeldetektionsschaltung 141 ihr Ausgangsslgnal, den logischen Wert "1" anzunehmen, wenn die so umgewandelte Spannung einen vorgegebenen Bezugspegel erreicht. Die Pegeldetektionsschaltung 142 ist in der Lage, einen von dem Emitter des zweiten Photosensors übermittelten photoelektrlschen Strom in eine Spannung umzuwandeln. Außerdem veranlaßt die Pegeldetektionsschaltung 142 ihr Ausgangssignal, den logischen Wert "1" anzunehmen, wenn diese umgewandelte Spannung einen vorgegebenen Bezugspegel erreicht.
Das Bezugszeichen 143 bezeichnet eine Taktsignalerzeugungsschaltung, die in der Lage ist, ein Taktsignal CK mit einer vorgegebenen Periode Tck auszugeben.
Die Bezugszeichen 144 bis 147 bezeichnen Impulsformerschaltungen, deren jede durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet wird und in der Lage ist, ein Impulssignal mit der Breite eines Taktimpulses auszugeben, wenn sie feststellt, daß das Eingangssignal sich von logisch "0" auf logisch "1" geändert hat. Die Impulsformerschaltung 144 empfängt das Ausgangssignal A des ersten Drehspiegel-Treibers 131 und das Taktsignal CK und übermittelt das Signal C. Die Impulsformerschaltung 145 empfängt das Ausgangssignal der Pegeldetektionsschaltung 141 und das Taktsignal CK und übermittelt das Signal E. Die Impulsformerschaltung 146 empfängt das Ausgangssignal B des zweiten Drehspiegel-Treibers 132 und das Taktsignal CK und übermittelt das Signal D. Die Impulsformerschaltung 147 empfängt das Ausgangssignal der Pegeldetektionsschaltung 142 und das Taktsignal CK und übermittelt das Signal F.
Die Bezugszeichen 148 und 149 bezeichnen Zähler, deren jeder frei im Ansprechen auf das Taktsignal CK zählt. Der Zähler 148 ist so angeordnet, daß er durch das von der Impulsformerschaltung 144 übermittelte Impulssignal c zurückgesetzt wird, während der Zähler 149 so angeordnet ist, daß er durch das von der Impulsformerschaltung 146 übermittelte Impulssignal D zurückgesetzt wird.
Das Bezugszeichen 150 bezeichnet eine Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung, die durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet wird und in der Lage ist, die Ausgangsslgnale E und F der Impulsformerschaltungen 145 und 147 und das Taktsignal CK zu empfangen. Die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 150 ist weiterhin in der Lage, ein Unterbrechungssignal INT an eine später beschriebene CPU 155 zu übermitteln, wenn sie unter der Bedingung, daß entweder das Impulssignal E oder F eingegeben worden ist und dann das andere Impulssignal eingegeben wird oder unter der Bedingung, daß beide Impulssignale eingegeben werden, das Unterbrechungsslgnal INT auf logisch "1" setzt. Zusätzlich veranlaßt die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 150 das Unterbrechungssignal INT den logischen Wert "0" anzunehmen, wenn ihr von der CPU 155 das Impuls- Rücksetzsignal R mit dem logischen Wert "1" zugeführt wird.
Die Bezugszeichen 151 und 152 bezeichnen Register, wobei der Eingang des Registers 151 mit dem Ausgang des Zählers 148 verbunden ist, so daß Ausgabedaten des Zählers 148 an der vorderen Flanke des von der Impulsformerschaltung 145 übermittelten Impulssignals E verriegelt werden. Der Eingang des Registers 152 ist mit dem Ausgang des Zählers 159 verbunden, so daß Ausgabedaten des Zählers 159 an der vorderen Flanke des von der Impulsformerschaltung 146 übermittelten Impulssignals F verriegelt werden. Die Bezugszeichen 153 und 154 bezeichnen Ausgangsregister mit drei Zuständen, wobei der Eingang des Registers 153 mit dem Ausgang des Registers 151 verbunden ist, so daß Ausgabedaten des Registers 151 verriegelt werden, wenn sich das Unterbrechungssignal INT von logisch "0" auf logisch "1" ändert. Andererseits ist der Eingang des Registers 154 mit dem Ausgang des Registers 152 verbunden, so daß Ausgabedaten des Registers 152 verriegelt werden, wenn das Unterbrechungssignal INT sich von logisch "0" auf logisch "1" ändert.
Das Bezugszeichen 155 bezeichnet eine CPU, die über einen Datenbus DB mit den Ausgängen der Register 153 und 154 verbunden ist und in der Lage ist, die in den Reglstern 153 und 154 registrierten Daten zu empfangen, wenn das Unterbrechungssignal INT logisch "1" wird. Die CPU 155 ist außerdem in der Lage, nach der Dateneingabe das Impuls-Rücksetzsignal R mit dem logischen Wert "1" am Ausgangsport P&sub1; auszugeben.
Die oben beschriebene Winkelmeßeinrichtung umfaßt erste und zweite Drehspiegeltreiber 131 und 132, die Taktsignalerzeugungsschaltung 143, die Impulsformerschaltungen 144 und 146 und die Zähler 148 und 149. Eine arithmetische Koordinaten-Einrichtung, das heißt, ein Berechnungsteil, umfaßt die Pegeldetektionsschaltungen 141 und 142, die Taktsignalerzeugungsschaltung 143, die Impulsformerschaltungen 145 und 147, die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 150, die Register 151 bis 154, die CPU 155 und ein Programm, das später beschrieben wird und in der Lage ist, die CPU 155 zu steuern.
Die Arbeitsweise der Anordnung nach Figur 1(b) wird nunmehr anhand eines in Figur 4 gezeigten Flußdiagramms des Programms erläutert.
Die Beschreibung erfolgt als Beispiel unter der Annahme, daß die Koordinaten der Position des Punktes P&sub0; auf der XY-Ebene eingegeben werden, wie in Figur 1 gezeigt ist, mit Hilfe des oben beschriebenen Positionszeigers 110, der über die XY-Ebene bewegt worden ist, so daß der Mittelpunkt des Spiegelteils 112 mit dem Punkt P&sub0; zusammenfällt.
Nachdem der von dem Laser 121 ausgesandte Laserstrahl über den Halbspiegel 123 unter dem Einfallswinkel θ&sub1; auf den ersten Drehspiegel 125 gefallen ist, kann der reflektierte Laserstrahl von dem speziellen Punkt P&sub1; des Drehspiegels 125 zur Mitte des Spiegelteils 112 des Positionszeigers 110 verlaufen. Der von dem Spiegelteil 112 reflektierte Laserstrahl fällt über den ersten Drehspiegel 125 und den Halbspiegel 123 auf den ersten Photosensor 127. Zu diesem Zeitpunkt steigt der von dem ersten Photosensor 127 ausgegebene photoelektrische Strom an, so daß das Ausgangssignal der Pegeldetektionsschaltung 141 den logischen Wert "1" annimmt. Infolgedessen wird von der Impulsformerschaltung 145 das Impulssignal E ausgegeben. Nachdem der von dem Laser 122 ausgesandte Laserstrahl über den Halbspiegel 124 unter dem Einfallswinkel θ&sub2; auf den zweiten Drehspiegel 126 gefallen ist, kann der reflektierte Laserstrahl von dem speziellen Punkt P&sub2; des Drehspiegels 126 aus zum Mittelpunkt des Spiegelteils 112 weiterlaufen. Der von dem Spiegelteil 112 reflektierte Laserstrahl fällt über den zweiten Drehspiegel 126 und den Halbspiegel 124 auf den zweiten Photosensor 128. Zu diesem Zeitpunkt steigt der von dem zweiten Photosensor 128 ausgegebene photoelektrische Strom an, so daß das Ausgangssignal der Pegeldetektionsschaltung 142 logisch "1" wird. Infolgedessen wird von der Impulsformerschaltung 147 das Impulssignal F ausgegeben.
Die Ausgabedaten des Zählers 148 werden durch das Impulssignal E in dem Register 151 verriegelt, so daß sie dort als Winkeldaten D1 registriert werden, die den Elnfallswinkel θ&sub1; auf den ersten Drehspiegel 125 repräsentieren. Andererseits werden die Ausgabedaten des Zählers 149 durch das lmpulsslgnal F in dem Register 152 verriegelt, so daß sie dort als Winkeldaten D2 registriert werden, die den Einfallswinkel θ&sub2; auf den zweiten Drehspiegel 126 repräsentieren. Die Winkeldaten D1 und D2 werden in den Registern 153 und 154 durch das Unterbrechungssignal INT verriegelt.
Die CPU 155 überwacht ständig, ob das Unterbrechungssignal INT den Wert "1" hat oder nicht (in Schritt S1, das Wort "Schritt" wird im folgenden fortgelassen). Wenn das Unterbrechungssignal INT logisch "1" wird, empfängt die CPU 155 die Wlnkeldaten D1 über den Datenbus vom Register 153 (S2), und sie empfängt ebenso die Winkeldaten D2 vom Register 154 (S3). Dann übermittelt die CPU 155 ein Signal mit dem logischen Wert "1" für eine vorgegebene Zeitperiode an den Ausgangsport P&sub1; (S4) und bestimmt, ob die Winkeldaten D1 0 sind oder nicht (55). Wenn festgestellt wird, daß die Winkeldaten D1 gleich 0 sind, so erfolgt ein Rücksprung zu 51. Wenn festgestellt wird, daß die Winkeldaten nicht 0 sind, entscheidet die CPU 155 ob die Winkeldaten D2 0 sind oder nicht (56). Wenn festgestellt wird, daß die Winkeldaten D2 0 sind, erfolgt ein Rücksprung zu S1. Wenn festgestellt wird, daß die Winkeldaten D2 nicht 0 sind, werden der Einfallswinkel θ&sub1; des Laserstrahls auf den ersten Drehspiegel 125 und der Einfallswinkel θ&sub2; auf den zweiten Drehspiegel 126 unter Verwendung der Winkeldaten D1 und D2 nach den folgenden Gleichungen berechnet (S7):
θ&sub1; = 2π Tck D1/Tf (radian) (1)
θ&sub1; = 2π Tck D2/Tf (radian) (2).
wobei das Symbol Tck die Periode des Taktsignals CK repräsentiert, Tf die Zeit repräsentiert, die die ersten und zweiten Drehspiegel 125 und 126 für eine vollständige Umdrehung benötigen, und diese Faktoren zuvor als Konstanten gespeichert wurden.
Dann werden die Winkel φ&sub1; und φ&sub2; zwischen den auf die ersten und zweiten Drehspiegel 125 und 126 auftreffenden und reflektierten Lichtstrahlen ermittelt, indem die Einfallswinkel θ&sub1; und θ&sub2; verdoppelt werden (S8).
φ&sub1; = 2 θ&sub1; (3)
φ&sub2; = 2 θ&sub2; (4).
Dann werden die X-Koordinate und die Y-Koordinate des Punktes P&sub0; unter Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt (S9).
x=L tan φ&sub2;/(tan φ&sub1; + tan φ&sub2;) (5)
y=L tan φ&sub1; tan φ&sub2;/(tan φ&sub1; + tan φ&sub2;) (6),
wobei das Symbol L die Entfernung zwischen dem ersten Drehspiegel 125 und dem zweiten Drehspiegel 126 bezeichnet und diese Entfernung zuvor in dem Programm gespeichert worden ist.
Nachdem die x-Koordinate und die y-Koordinate erhalten worden sind, erfolgt ein Rücksprung zu S1.
Obgleich in dieser Anordnung zwei Laser verwendet werden, die in der Lage sind, Laserstrahlen auszusenden, kann als Alternative hierzu auch eine Struktur verwendet werden, bei der ein Laser verwendet wird und der von diesem ausgesandte Laserstrahl durch Verwendung eines Halbspiegels und eines Vollspiegels auf die ersten und zweiten Drehspiegel 125 und 126 gelenkt wird.
Obgleich bei der Anordnung nach Figur 1(b) als die ersten und zweiten Drehspiegel 125 und 126 Drehspiegel verwendet werden, die jeweils nur eine Spiegelfläche haben, können auch Drehspiegel verwendet werden, die jeweils mehrere Spiegelflächen haben. In diesem Fall können genauere Koordinaten erhalten werden, da die Detektionsintervalle für die Koordinaten verringert werden können, indem die Berechnungen so ausgeführt werden, daß sie den Polygonspiegeln entsprechen.
Figur 5 ist eine Ansicht, die eine andere Anordnung eines optischen Systems illustrlert, das kein Ausführungsbeispiel ist, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist. In der Zeichnung bezeichnet das Bezugszeichen 110 einen Positionszeiger, 211 bis 218 bezeichnen Laser, 221 bis 228 bezeichnen Halbspiegel, 231 bis 238 bezeichnen Photosensoren, die npn-Phototransistoren enthalten, deren Kollektoren mit einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Bezugszeichen 241 und 242 bezeichnen erste und zweite Drehspiegel, deren jeder eine Spiegelfläche hat.
Wie in Figur 6(a) gezeigt ist, ist der Positionszeiger so ausgebildet, daß ein Spiegelteil 113 auf einer Seitenfläche eines kastenförmigen Hauptkörpers 111 angeordnet ist. Die Bodenfläche des Hauptkörpers 111 und die des Spiegelteils 113 können parallel zu der Ebene XY gehalten werden. Eine Anzeigeplatte (in der Zeichnung fortgelassen) aus transparentem Kunststoff ist an der Bodenfläche des Spiegelteils 113 befestigt, und in dieser Anzeigefläche ist ein Fadenkreuz eingezeichnet, das die Mitte des Spiegelteils 113 zeigt. Wie in Figuren 6(b) und 6(c) gezeigt ist, ist der außenseitige Spiegel des Spiegelteils 113 in seinem mittleren Bereich nach außen gekrümmt. Selbst wenn der auf den Spiegelteil 113 auftreffende Laserstrahl nicht rechtwinklig zur Mittelachse des Fadenkreuzes ist, kann deshalb ein durch die Mittelachse des Fadenkreuzes verlaufender Teil der Laserstrahlen in den Weg des auftreffenden Lichtes reflektiert werden.
Der erste Drehspiegel 241 ist so ausgelegt, daß eine Drehachse auf den Ursprung der Ebene XY positioniert und zu dieser XY-Ebene senkrecht ist. Der zweite Drehspiegel 242 ist auf der X-Achse um eine vorgegebene Entfernung L, beispielsweise 5 m, in Abstand zu dem ersten Drehspiegel 241 angeordnet, wobei die Drehachse des zweiten Drehspiegels 242 zu der XY-Ebene senkrecht ist.
Der Halbspiegel 221 ist auf der X-Achse zwischen dem ersten Drehspiegel 241 und dem zweiten Drehspiegel 242 angeordnet, so daß der Laserstrahl des Lasers 211 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den ersten Drehspiegel 241 gelenkt wird. Der Halbspiegel 222 ist in einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 221 um 90º im Uhrzeigersinn in bezug auf die Drehachse des ersten Drehspiegels 241 gedreht ist, so daß der Laserstrahl des Lasers 212 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den ersten Drehspiegel 241 gelenkt wird. Der Halbspiegel 223 ist in einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 221 in bezug auf die Drehachse des ersten Drehspiegels 241 um 180º im Uhrzeigersinn gedreht ist, so daß der Laserstrahl des Lasers 213 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den ersten Drehspiegel 241 gelenkt wird. Der Halbspiegel 224 istin einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 221 in bezug auf die Drehachse des ersten Drehspiegels 241 um 270º im Uhrzeigersinn gedreht ist, so daß der Laserstrahl des Lasers 214 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den ersten Drehspiegel 241 gelenkt wird. Der Halbspiegel 225 ist auf der X-Achse zwischen dem Halbspiegel 221 und dem zweiten Drehspiegel 242 angeordnet, so daß der Laserstrahl des Lasers 215 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den zweiten Drehspiegel 242 gelenkt wird. Der Halbspiegel 226 ist in einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 225 in bezug auf die Drehachse des zweiten Drehspiegels 242 um 90º im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist, so daß der Laserstrahl des Lasers 216 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den zweiten Drehspiegel 242 gelenkt wird. Der Halbspiegel 227 istin einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 225 in bezug auf die Drehachse des zweiten Drehspiegels 242 um 180º im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist, so daß der Laserstrahl der Lichtquelle 217 reflektiert und parallel zu der XY-Ebene auf den zweiten Drehspiegel 242 gelenkt wird. Der Halbspiegel 228 ist in einer Position angeordnet, die gegenüber der Position des Halbspiegels 225 in bezug auf die Drehachse des zweiten Drehspiegels 242 um 270º im Gegenuhrzeigersinn gedreht ist, so daß der Laserstrahl des Lasers 218 reflektiert und parallel zu der XY- Ebene auf den zweiten Drehspiegel 242 gelenkt wird.
Der Photosensor 231 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 211 ausgesandte und an dem ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 221 detektiert werden kann. Der Photosensor 232 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 212 ausgesandte und durch den ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 222 detektiert werden kann. Der Photosensor 233 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 213 ausgesandte und von dem ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 223 detektiert werden kann. Der Photosensor 234 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 214 ausgesandte und durch den ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 224 detektiert werden kann. Der Photosensor 235 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 215 ausgesandte und durch den ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 225 detektlert werden kann. Der Photosensor 236 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 216 ausgesandte und von dem ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswlnkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 226 detektiert werden kann. Der Photosensor 237 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 217 ausgesandte und von dem ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º detektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 227 detektiert werden kann. Der Photosensor 238 ist in einer Position angeordnet, in der der von dem Laser 218 ausgesandte und durch den ersten Drehspiegel 241 bei einem Einfallswinkel von 0º reflektierte Laserstrahl über den Halbspiegel 228 detektiert werden kann.
Figur 7 ist ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung zur Verwendung bei der Anordnung nach Figur 5. In Figur 7 bezeichnet das Bezugszeichen 243 einen ersten Drehspiegel-Treiber, der in der Lage ist, den in Figur 5 gezeigten ersten Drehspiegel 241 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit ω im Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Der erste Drehspiegel-Treiber 243 ist auch in der Lage, ein Impulssignal a mit dem logischen Wert "1" und einer vorgegebenen Impulsbreite TPW auszugeben, wenn die Normale der Oberfläche des ersten Drehspiegels 125 mit dem Weg des von dem Laser 211 ausgesandten einfallenden Lichtstrahls zusammenfällt, wobei die Bedingung, unter der sie zusammenfallen, als die Bezugsposition genommen wird. Die Impulsbreite TPW des Impulssignals a ist kürzer als die Zeit Tf, die der erste Drehspiegel 241 für eine vollständige Umdrehung benötigt. Das Bezugszeichen 244 bezeichnet einen zweiten Drehspiegel-Treiber, der in der Lage ist, den in Figur 5 gezeigten zweiten Drehspiegel 242 mit gleichförmiger Winkelgeschwindigkeit ω im Uhrzeigersinn zu drehen. Der zweite Drehspiegel-Treiber 244 ist auch in der Lage, ein Impulssignal b mit dem logischen Wert "1" und einer vorgegebenen Impulsbreite TPW auszugeben, wenn die Normale der Oberfläche des zweiten Drehspiegels 242 mit dem Weg des von dem Laser 215 ausgesandten einfallenden Lichtstrahls zusammenfällt, wobei die Bedingung, in der sie zusammenfallen, als die Bezugsposition genommen wird. Die Impulsbreite TPW des Impulssignals b ist kürzer als die Zeit Tf, die der zweite Drehspiegel 242 für eine vollständige Umdrehung benötigt.
Das Bezugszeichen 250 bezeichnet eine Taktsignal-Erzeugungsschaltung, die in der Lage ist, ein Taktsignal CK mit einer vorgegebenen Periode Tck zu übermitteln.
Die Bezugszeichen 251 bis 258 bezeichnen Pegeldetektionsschaltungen, deren jede durch Widerstände und Operationsverstärker gebildet wird. Die Pegeldetektionsschaltungen 251 bis 258 sind in der Lage, einen von dem Emitter der Photosensoren 231 bis 238 ausgegebenen photoelektrischen Strom in eine Spannung umzuwandeln. Außerdem legen die Pegeldetektionsschaltungen 251 bis 258 ihre Ausgangssignale auf den logischen Wert "1" wenn die so umgewandelte Spannung einen vorgegebenen Bezugspegel erreicht.
Die Bezugszeichen 260 bis 269 bezeichnen Impulsformerschaltungen, deren jede in ähnlicher Weise durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet wird und in der Lage ist, das Taktsignal CK zu empfangen, zu erkennen, daß das Eingangssignal sich von logisch "0" auf logisch "1" geändert hat, und ein Impulssignal mit der Breite eines Taktimpulses auszugeben. Der Eingang der Impulsformerschaltung 260 ist mit dem Ausgang des ersten Drehspiegel- Treibers 243 verbunden. Die Eingänge der Impulsformerschaltungen 261 bis 264 sind mit den Ausgängen der Pegeldetektionsschaltungen 251 bis 254 verbunden. Der Eingang der Impulsformerschaltung 265 ist mit dem Ausgang des zweiten Drehspiegel-Treibers 244 verbunden. Die Eingänge der Impulsformerschaltungen 266 bis 269 sind mit den Ausgängen der Pegeldetektionsschaltungen 255 bis 258 verbunden.
Die Bezugszeichen 270 und 271 bezeichnen ODER-Schaltungen, deren jede vier Eingänge besitzt, wobei die vier Eingänge der ODER-Schaltung 270 mit den Ausgängen der Impulsformerschaltungen 261 bis 264 verbunden sind. Andererseits sind die vier Eingänge der ODER-Schaltung 271 mit den Ausgängen der Impulsformerschaltungen 266 bis 269 verbunden.
Die Bezugszeichen 272 und 273 bezeichnen Zähler, deren jeder in der Lage ist, eine freie Zählung im Ansprechen auf das Taktsignal CK auszuführen. Der Zähler 272 ist so angeordnet, daß er durch das von der Impulsformerschaltung 260 übermittelte Impulssignal C zurückgesetzt wird. Der Zähler 273 ist so angeordnet, daß der durch das von der Impulsformerschaltung 265 übermittelte Impulssignal D zurückgesetzt wird.
Die Bezugszeichen 274 und 275 bezeichnen Verzögerungsschaltungen, deren jede in ähnlicher Weise durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet wird. Die Verzögerungsshaltung 247 empfängt das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 270 und das Taktsignal CK und übermittelt das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 270 mit einer Verzögerung von einem Takt. Die Verzögerungsschaltung 275 empfängt das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 271 und das Taktsignal CK und übermittelt das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 271 mit einer Verzögerung von einem Takt.
Das Bezugszeichen 276 bezeichnet eine Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung, die durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet wird und in der Lage ist, die Ausgangssignale der Verzögerungsschaltungen 274 und 275 und das Taktsignal CK zu empfangen. Die Unterbrechungssignal- Erzeugungsschaltung 276 ist außerdem in der Lage, ein Unterbrechungssignal INT an eine später zu beschreibende CPU 290 zu übermitteln, nachdem sie das Unterbrechungssignal INT auf logisch "1" gesetzt hat, unter der Bedingung, daß entweder die Impulssignale der Verzögerungsschaltungen 274 oder 275 eingegeben wurden und dann das andere Impulssignal eingegeben wurde, oder unter der Bedingung, daß beide Impulssignale eingegeben wurden. Außerdem setzt die Unterbrechungsslgnal-Erzeugungsschaltung 276 das Unterbrechungssignal INT auf logisch "0" unter der Bedingung, daß ihr von der CPU 290 das Impuls-Rücksetzsignal R mit dem logischen Wert "1" zugeführt wurde.
Die Bezugszeichen 281 und 282 bezeichnen Register, wobei der Eingang des Registers 281 mit dem Ausgang des Zählers 272 verbunden ist, so daß Ausgabedaten des Zählers 272 als erste Winkeldaten DA1 auf das von der ODER- Schaltung 270 übermittelte Impulssignal hin verriegelt werden. Die Ausgänge der Impulsformerschaltungen 261 bis 264 sind mit den niedrigeren 4 Bits des Eingangs des Registers 282 verbunden, so daß sie auf das von der Verzögerungsschaltung 274 übermittelte Impulssignal hin als erste Detektionsdaten DA2 registriert werden. Das heißt, der Ausgang der Impulsformerschaltung 261 ist mit dem Eingang LSB des Registers 282 verbunden, der Ausgang der Impulsformerschaltung 262 ist mit dem Eingang 2LSB verbunden, der Ausgang der Impulsformerschaltung 263 ist mit dem Eingang 3LSB verbunden, und der Ausgang der Impulsformerschaltung 264 ist mit dem Eingang 4LSB verbunden. Der Eingang des Registers 283 ist mit dem Ausgang des Zählers 273 verbunden, so daß Ausgabedaten des Zählers 273 auf das von der ODER-Schaltung 271 ausgegebene Impulssignal hin als zweite Wlnkeldaten DB1 in dem Register 283 registriert werden. Die Ausgänge der Impulsformerschaltungen 266 bis 269 sind mit den niedrigeren 4 Bits des Eingangs des Registers 284 verbunden, so daß sie auf das von der Verzögerungsschaltung 275 übermittelte Impulssignal hin als zweite Detektionsdaten DB2 registriert werden. Das heißt, der Ausgang der Impulsformerschaltung 266 ist mit dem Eingang LSB des Registers 284 verbunden, der Ausgang der Impulsformerschaltung 267 ist mit dem Eingang 2LSB verbunden, der Ausgang der Impulsformerschaltung 268 ist mit dem Eingang 3LSB verbunden, und der Ausgang der Impulsformerschaltung 268 ist mit dem Eingang 4LSB verbunden. Die Register 285 bis 288 sind Register mit drei Zustands-Ausgängen, deren Eingänge mit den Ausgängen der Register 281 bis 284 verbunden sind, so daß Ausgabedaten der Register 281 bis 284 durch die Register 285 bis 288 verrlegelt werden, wenn sich das Unterbrechungssignal von logisch "0" auf logisch "1" ändert.
Das Bezugszeichen 290 bezeichnet eine CPU, die mit den Ausgängen der Register 285 bis 288 über einen Datenbus DB verbunden ist, so daß in den Registern 285 bis 288 registrierte Daten eingegeben werden, wenn das Unterbrechungssignal INT logisch "1" wird. Nachdem die Daten eingegeben worden sind, übermittelt die CPU 290 das Impuls-Rücksetzsignal R mit dem logischen Wert "1" an den Ausgangsport P1.
Figuren 8(a) und 8(b) sind Darstellungen, die Formate der ersten und zweiten Detektionsdaten DA2 und DB2 illustrieren. In der Zeichnung bedeutet die Tatsache, daß das Bit A1 logisch "1" ist, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 231 detektiert wird, die Tatsache, daß das Bit A2 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 232 detektiert wird, die Tatsache, daß das Bit A3 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 233 detektiert wird, und die Tatsache, daß das Bit A4 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 234 detektiert wird. Weiterhin bedeutet die Tatsache, daß das Bit B1 logisch "1" ist, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 235 detektiert wird, die Tatsache, daß das Bit B2 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 236 detektiert wird, die Tatsache, daß das Bit B3 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektiertes Licht von dem Photosensor 237 detektiert wird, und die Tatsache, daß das Bit B4 logisch "1" ist, bedeutet, daß reflektlertes Licht von dem Photosensor 238 detektlert wird.
Die oben beschriebene Winkelmeßeinrichtung umfaßt die ersten und zweiten Drehspiegel-Treiber 243 und 244, die Taktsignal-Erzeugungsschaltung 250, die Impulsformerschaltungen 260 und 265 und die Zähler 272 und 273. Die arithmetische Koordinaten-Einrichtung umfaßt die Taktsignal-Erzeugungsschaltung 250, die Pegeldetektionsschaltungen 251 bis 258, die Impulsformerschaltungen 261 bis 264 und 266 bis 269, die ODER-Schaltungen 270 und 271, die Verzögerungsschaltungen 274 und 275, die Unterbrechungssignal- Erzeugungsschaltung 276, die Register 281 bis 288, die CPU 290 und ein später zu beschreibendes Programm, das in der Lage ist, die CPU 290 zu steuern.
Der übrige Aufbau ist der gleiche wie bei den oben beschriebenen Anordnungen.
Nunmehr wird die Arbeitsweise der Anordnung nach Figur 5 unter Bezugnahme auf ein in Figur 9 gezeigtes Flußdiagramm für das Programm beschrieben.
Bei der Beschreibung wird der Fall betrachtet, daß die Position des Punktes P&sub0; auf der Ebene XY eingegeben wird. Der Positionszeiger wird über die Ebene XY bewegt, so daß die Mitte des Fadenkreuzes des Spiegelteils 113 auf den Punkt P&sub0; positioniert wird.
Nachdem sich der von den Lasern 211 bis 214 ausgesandte Laserstrahl über den speziellen Punkt P&sub1; des ersten Drehspiegels 241 in Richtung auf die Mittelachse des Fadenkreuzes des Spiegelteils 113 des Positionszeigers 110 ausgebreitet hat, wird der reflektierte Laserstrahl durch den Spiegelteil 113 über den ersten Drehspiegel 241 auf den Photosensor gelenkt, der zu dem Laser gehört. Zu diesem Zeitpunkt steigt der von dem entsprechenden Photosensor ausgegebene photoelektrische Strom an, so daß das Ausgangssignal der Pegeldetektionsschaltung, die zu diesem Photosensor gehört, logisch "1" wird. Als Ergebnis wird ein Impulssignal von der Impulsformerschaltung übermittelt, die zu dieser Pegeldetektionsschaltung gehört. Auf das so übermittelte Impulssignal hin werden durch das Register 281 erste Winkeldaten DA1 des Zählers 272 verriegelt, die den Winkel θ&sub1; der Normalen des ersten Drehspiegels 241 in bezug auf die oben beschriebene Bezugsposition repräsentieren. Außerdem werden die ersten Detektionsdaten DA2, die bestimmen, welcher der Photosensoren 231 bis 234 reflektiertes Licht detektiert hat, durch das Register 282 verriegelt.
Nachdem der von einem der Laser 215 bis 218 ausgesandte Laserstrahl sich über den speziellen Punkt P&sub2; des zweiten Drehspiegels 242 in Richtung auf die Mittelachse des Spiegelteils 113 des Positionszeigers 110 ausgebreitet hat, wird das von dem Spiegelteil 113 reflektierte Licht über den zweiten Drehspiegel 242 auf den zugehörigen Photosensor gelenkt. Infolgedessen werden ähnlich wie in der obigen Beschreibung die zweiten Winkeldaten DB1 des Zählers 273, die den Winkel der Normalen des zweiten Drehspiegels 242 in bezug auf die oben beschriebene Bezugsposition repräsentieren, von dem Register 283 verriegelt. Außerdem werden die zweiten Winkeldaten DB2 durch das Register 284 verriegelt.
Wenn die ersten und zweiten Winkeldaten DA1 und DB1 und die ersten und zweiten Detektionsdaten DA2 und DB2 von den Registern 281 bis 284 verriegelt sind, wird das Unterbrechungssignal INT logisch "1", und die ersten und zweiten Winkeldaten DA1 und DB1 und die ersten und zweiten Detektionsdaten DA2 und DB2 werden durch die Register 285 und 288 registriert. Als Ergebnis werden die Daten gegen Aktualisierung geschützt, bevor oder während die Daten von der CPU 290 gelesen werden.
Die CPU 290 überwacht ständig, ob das Unterbrechungssignal INT logisch "1" ist oder nicht (SPI). Wenn das Unterbrechungssignal INT logisch "1" wird (SP2), empfängt die CPU 290 die ersten Winkeldaten DA1 und die zweiten Detektionsdaten DA2 über den Datenbus DB von den Registern 285 und 286 (SP2), und sie empfängt die zweiten Winkeldaten DB1 und die zweiten Detektionsdaten DB2 (SP3). Dann übermittelt die CPU 290 ein Signal mit dem logischen Wert "1" für eine vorgegebene Zeitspanne an den Ausgangsport P1 (SP4).
Die CPU 290 berechnet Drehwinkel θ&sub1; und θ&sub2; der ersten und zweiten Drehspiegel 241 und 242 unter Verwendung der ersten und zweiten Winkeldaten DA1 und DB1 nach der folgenden Gleichung (SP5).
θ&sub1; = 2π Tck DA1/Tf (radian) (7)
θ&sub2; = 2π Tck DB1/Tf (radian) (8),
wobei das Symbol Tck die Periode des Taktsignals CK repräsentiert, Tf die Zelt repräsentiert, die die ersten und zweiten Drehspiegel 241 und 242 für eine vollständige Umdrehung benötigen, welche Symbole zuvor in dem Programm als Konstanten gespeichert wurden.
Dann wird entschieden, ob der Drehwinkel θ&sub1; des Drehspiegels 241 0 oder ein ganzzahliges Vielfaches von π/4 ist oder nicht (SP6). Das heißt, es wird entschieden, ob es sich bei dem von dem Photosensor detektierten Licht um Licht handelt, das von dem Positionszeiger 110 reflektiert wurde oder nicht. Wenn entschieden wird, daß der Drehwinkel θ&sub1; 0 oder ein Vielfaches von π/4 ist, erfolgt ein Rücksprung zu SP1. Wenn der Drehwinkel θ&sub1; nicht 0 oder ein Vielfaches von π/4 ist, wird entschieden, ob der Drehwinkel θ&sub2; des zweiten Drehspiegels 242 0 oder ein Vielfaches von π/4 ist oder nicht (SP7). Wenn entschieden wird, daß der Drehwinkel θ&sub2; 0 oder ein Vielfaches von π/4 ist, erfolgt ein Rücksprung zu SP1. Wenn entschieden wird, daß der Drehwinkel θ&sub2; nicht 0 oder ein Vielfaches von π/4 ist, wird entschieden, ob das Bit A1 der ersten Detektionsdaten DA2 1 ist oder nicht (SP8). Wenn festgestellt wird, daß A1 = 0, erfolgt eine Verzweigung zu SP10. Wenn festgestellt wird, daß A1 = 1, wird der Winkel φ&sub1; zwischen dem Licht vom Positionszeiger 110, das durch den Drehspiegel 241 reflektiert wurde, und der X-Achse nach der folgenden Gleichung berechnet (SP9), und es erfolgt eine Verzweigung zu SP16.
φ1 = 2 θ&sub1; (9)
Wenn in Schritt SP8 festgestellt wird, daß A1 = 0, wird entschieden, ob das Bit A2 1 ist oder nicht (SP10). Wenn festgestellt wird, daß A2 = 0, erfolgt eine Verzweigung zu SP12. Wenn festgestellt wird, daß A2 = 1, wird der Winkel θ&sub1; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP11), und dann erfolgt ein Sprung zu SP16.
φ&sub1; = 2 (θ&sub1; + π/4) (10)
Wenn in SP10 festgestellt wird, daß A2 = 0, wird überprüft, ob das Bit A3 = 1 ist oder nicht (SP12). Wenn festgestellt wird, daß A3 = 0, erfolgt eine Verzwelgung zu SP14. Wenn festgestellt wird, daß A3 = 1, wird der Winkel φ&sub1; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP13), und dann erfolgt ein Sprung zuSP16.
φ&sub1; = 2 (θ&sub1; - π/2) (11)
Wenn in SP12 festgestellt wird, daß A3 = 0, wird überprüft, ob das Bit A4 = 1 ist oder nicht (SP14). Wenn festgestellt wird, daß A4 = 0, erfolgt ein Rücksprung zu SP1. Wenn festgestellt wird, daß A4 = 1, wird der Winkel θ&sub1; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP15), und es erfolgt ein Sprung zu SP16.
φ&sub1; = 2 (θ&sub1; - π/4) (12)
Dann wird überprüft, ob das Bit B1 der zweiten Detektionsdaten DB2 = 1 ist (SP16). Wenn festgestellt wird, daß B1 = 0, erfolgt ein Sprung zu SP16. Wenn festgestellt wird, daß B1 = 1, wird der Winkel φ&sub2; zwischen dem Licht von dem Positionszeiger 110, das durch den Drehspiegel 242 reflektiert wurde, und der X-Achse nach der folgenden Gleichung berechnet (SP17), und es erfolgt ein Sprung zu SP24.
φ&sub2; = 2 θ&sub2; (13)
Wenn festgestellt wird, daß B1 = 0, wird überprüft, ob das Bit B2 = 1 ist oder nicht (SP18). Wenn festgestellt wird, daß B2 = 0, erfolgt ein Sprung zu SP20. Wenn festgestellt wird, daß B2 = 1, wird der Winkel φ&sub2; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP19), und dann erfolgt ein Sprung zu SP24.
φ&sub2; = 2 (θ&sub1; + π/4) (14)
Wenn in SP18 festgestellt wird, daß B2 = 0, wird überprüft, ob das Bit B3 = 1 ist oder nicht (SP20). Wenn festgestellt wird, daß B3 = 0, erfolgt ein Sprung zu SP22. Wenn festgestellt wird, daß B3 = 1, wird der Winkel φ&sub2; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP21), und dann erfolgt ein Sprung zu SP24.
φ&sub2; = 2 (θ&sub2; - π/2) (15)
Wenn in SP20 festgestellt wird, daß B3 = 0, wird überprüft. ob das Bit B4 = 1 ist oder nicht (SP22). Wenn festgestellt wird, daß B4 = 0, erfolgt ein Rücksprung zu SP1. Wenn festgestellt wird, daß B4 = 1, wird der Winkel φ&sub2; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP23), und dann erfolgt ein Sprung zu SP24.
φ&sub2; = 2 (θ&sub2; - π/4) (16)
Dann werden die X-Koordinate und die Y-Koordinate des Punktes P&sub0; unter Verwendung der Winkel φ&sub1; und φ&sub2; nach der folgenden Gleichung berechnet (SP24).
x = L tanφ&sub2;/(tanφ&sub1; + tanφ&sub2;) (17)
y = L tan φ&sub1; tan φ&sub2;/(tan φ&sub1; + tan φ&sub2;) (18)
wobei das Symbol L die Entfernung zwischen dem ersten Drehspiegel 241 und dem zweiten Drehspiegel 242 bezeichnet und zuvor in dem Programm gespeichert ist.
Nachdem die X-Koordinate und die Y-Koordinate erhalten wurden, erfolgt ein Sprung zu SP1.
Bei der Anordnung nach Figur 5 werden als Lichtquelle 8 Laser verwendet. Es kann eine andere Anordnung verwendet werden, bei der ein Laser verwendet wird und der von dem Laser nach der anderen Anordnung ausgesandte Laserstrahl durch Verwendung eines Halbspiegels, eines Spiegels oder dergleichen unter einer Vielzahl von Winkeln auf die ersten und zweiten Drehspiegel 241 und 242 gelenkt wird.
Obgleich bei der Anordnung nach Figur 5 als erste und zweite Drehspiegel 241 und 242 Drehspiegel verwendet werden, die eine Spiegelfläche haben, können Spiegel verwendet werden, die jeweils mehrere Spiegelflächen haben. In diesem Fall können noch genauere Koordinaten erhalten werden, da die Detektionsintervalle für die Koordinaten verringert werden können, indem Berechnungen so ausgeführt werden, daß sie den Polygonspiegeln entsprechen.
Bei der Anordnung nach Figur 5 ist der Aufbau so ausgelegt, daß Laserstrahlen jeweils aus vier Richtungen auf die ersten und zweiten Drehspiegel 241 und 242 auftreffen. Die Detektionsintervalle für die Koordinaten können weiter verkürzt werden, indem eine Anordnung verwendet wird, bei der Laserstrahlen aus einer größeren Anzahl von Richtungen auftreffen.
Figur 10 ist eine Darstellung, die eine weitere Anordnung eines optischen Systems illustriert, das kein Ausführungsbeispiel ist, aber für das Verständnis der Erfindung nützlich ist. In der Zeichnung sind dieselben Komponenten wie bei der Anordnung nach Figur 1(b) mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Das heißt, das Bezugszeichen 110 bezeichnet den Positionszeiger, 121 und 122 bezeichnen Laser, 125 und 126 bezeichnen erste und zweite Drehspiegel, 127 und 128 bezeichnen die ersten und zweiten Photosensoren, 171 und 172 bezeichnen Viertelwellenlängenplättchen, 173 und 174 bezeichnen zyllndrische Linsen, 175 und 176 bezeichnen Linsen, 177 und 178 bezeichnen polarisierende Strahlteiler, 180 bezeichnet ein Koordinateneingabegebiet.
Wie in Figur 11(a) gezeigt ist, ist der Positionszeiger 110 so aufgebaut, daß ein Spiegelteil 114 an einer Seitenfläche eines kastenförmigen Hauptkörpers 111 angeordnet ist, wobei der Boden des Hauptkörpers 111 und der des Spiegelteils 114 so angeordnet sind, daß sie parallel zu der Ebene XY gehalten werden können. Eine aus Kunststoff hergestellte transparente An zeigeplatte (in der Zeichnung fortgelassen) ist an der oben beschriebenen Bodenfläche des Spiegelteils 114 befestigt. Ein Fadenkreuz, das die Mitte des Spiegelteils 114 zeigt, ist an der oben beschriebenen Anzeigeplatte vorgesehen. Wie in Figur 11(b) und 11(c) gezeigt ist, ist der seitliche äußere Spiegel des Spiegelteils 114 in seinem mittleren Bereich einwärts gekrümmt. Selbst wenn der auf den Spiegelteil 114 auftreffende Laserstrahl nicht senkrecht zur Mittelachse des Fadenkreuzes ist, kann deshalb ein Teil der durch die Mittelachse des Fadenkreuzes gehenden Laserstrahlen in den Weg des einfallenden Lichts reflektiert werden. Eine später zu beschreibende Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung 115 ist in dem Hauptkörper 111 vorgesehen. Die Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung 115 ist mit einem an der äußeren Oberfläche des Hauptkörpers 111 angeordneten Schalter 110 und einer später zu beschreibenden elektrischen Schaltung verbunden, so daß, wenn der Schalter 116 eingeschaltet wird, die Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung 1 15 ein Befehlssignal erzeugt.
Jeder der Laser 121 und 122 umfaßt einen Halbleiterlaser. Die Anordnung ist so ausgelegt, daß der von dem Laser 121 ausgesandte Laserstrahl über die Linse 175 und die Zylinderlinse 173 auf den polarisierenden Strahlteiler 177 fällt, der auf der X-Achse parallel zu der Ebene XY angeordnet ist. Der Laserstrahl, der den polarisierenden Strahlteiler 177 durchquert hat, fällt durch das Viertelwellenlängenplättchen 171 parallel zu der Ebene XY auf die Drehachse des ersten Drehspiegels l25. Andererseits fällt der von dem Laser 122 ausgesandte Laserstrahl über die Linse 176 und die Zylinderlinse 174 auf den polarisierenden Strahlteiler 178, der auf der X-Achse parallel zu der Ebene XY angeordnet ist. Der Laserstrahl, der den polarisierenden Strahlteiler 178 durchquert hat, fällt durch das Viertelwellenlängenplättchen 172 parallel zu der Ebene XY auf die Drehachse des ersten Drehspiegels 126.
Die Linse 175 hat eine solche Brennweite, daß Laserstrahlen, die beispielsweise durch den speziellen Punkt P&sub1; des ersten Drehspiegels 125 reflektiert werden, auf die Mitte des Koordinateneingabegebletes 180 in der Ebene XY fokussiert werden. Die Linse 126 hat eine solche Brennweite, daß Laserstrahlen, die beispielsweise durch den speziellen Punkt P&sub2; des zweiten Drehspiegels 126 reflektiert werden, auf die Mitte des Koordinateneingabegebietes 180 in der Ebene XY fokussiert werden. So werden die von den Lasern 121 und 122 ausgesandten Laserstrahlen durch die Linsen 175 und 176 an der Ausbreitung gehindert. Als Ergebnis wird die Stärke des Laserstrahls erhöht, der, nachdem er durch den Spiegelteil 114 reflektiert wurde, auf die Photosensoren 127 und 128 fällt, und durch den Spiegelteil 114 verursachte unregelmäßige Reflexion der Laserstrahlen wird verhindert.
Die Zylinderlinsen 173 und 174 sind so angeordnet, daß die von den Lasern 121 und 122 ausgesandten Laserstrahlen bandförmige Gestalt annehmen, so daß die Ebene der Laserstrahlen zu der Ebene XY senkrecht ist. Indem man den Laserstrahlen eine bandförmige Gestalt senkrecht zu der Ebene YX gibt, werden die Laserstrahlen, die nicht durch die Mittelachse des Spiegel teils 114 laufen, unterdrückt, und durch den Spiegelteil 114 verursachte unregelmäßige Reflexion der Laserstrahlen wird verhindert.
Figur 12 ist ein Blockdiagramm der elektrischen Schaltung zur Verwendung bei der Anordnung nach Figur 10. Dieselben Komponenten wie bei der Anordnung nach Figur 3 sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Der Unterschied zu der Anordnung nach Figur 3 besteht darin, daß zusätzlich die oben beschriebene Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung 115 vorgesehen ist, und in dem Aufbau der Pegeldetektionsschaltungen 156 und 157 und der Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158.
Die Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung 115 ist in der Lage, ein Koordinatenberechnungs-Befehlssignal J mit dem logischen Wert "1" auszusenden, wenn der Schalter 116 eingeschaltet ist.
Die Pegeldetektionsschaltungen 156 und 157 sind ähnlich zueinander aufgebaut und umfassen jeweils einen Widerstand und einen Operationsverstärker. Die Pegeldetektionsschaltung 156 verwandelt einen von dem Emitter des ersten Photosensors 127 übermittelten photoelektrischen Strom in eine Spannung Vph1, und die Spannung Vph1 wird dann mit ersten und zweiten Detektions-Bezugspegeln Vth1 und Vth2 verglichen, um Signale A1 und A2 auszugeben. Wenn Vth2 < Vth1 und außerdem Vthl ≤ Vph1, wird ein Signal A1 mit dem logischen Wert "1" an die Impulsformerschaltung 144 übermittelt. Wenn Vth2 < Vph1 < Vthl, wird ein Signal A2 mit dem logischen Wert "1" an die Impulsformerschaltung 145 übermittelt. In ähnlicher Weise verwandelt die Pegeldetektionsschaltung 157 einen von dem Emitter des zweiten Photosensors 128 ausgegebenen photoelektrischen Strom in eine Spannung Vph2, und die Spannung Vph2 wird dann mit ersten und zweiten Detektions-Bezugspegeln Vth1 und Vth2 verglichen, um Signale B1 und B2 auszugeben. Wenn Vth1 ≤ Vph1, wird das Signal B1 mit dem logischen Wert "1" an die Impulsformerschaltung 146 ausgegeben. Wenn Vth2 ≤ Vph1 < Vth1, wird das Signal B2 mit dem logischen Wert "1" an die Impulsformerschaltung 147 ausgegeben.
Die Impulsformerschaltung 144 empfängt das Signal A1 und das Taktsignal CK, um das Signal C zu übermitteln. Die Impulsformerschaltung 145 empfängt das Signal A2 und das Taktsignal CK, um das Signal E auszugeben. Die Impulsformerschaltung 146 empfängt das Signal B1 und das Taktsignal CK, um das Signal D auszugeben. Die Impulsformerschaltung 147 empfängt das Signal B2 und das Taktsignal CK, um das Signal F auszugeben.
Die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158 wird durch ein Flipflop und eine logische Schaltung gebildet und ist in der Lage, die Ausgangssignale E und F von den Impulsformerschaltungen 145 und 147, das Koordinatenberechnungs-Befehlssignal J und das Taktsignal CK zu empfangen. Die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158 ist in der Lage, das Unterbrechungssignal INT auszugeben. Die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158 ist weiterhin in der Lage, das Unterbrechungssignal INT an eine später zu beschreibende CPU 155 zu übermitteln, nachdem das Unterbrechungsslgnal INT auf logisch "1" gesetzt wurde, unter der Bedingung, daß der logische Wert des Koordinatenberechnungs-Befehlssignals J "1" ist und entweder das Impulssignal E oder F eingegeben wurde und dann das andere Impulssignal eingegeben wird oder unter der Bedingung, daß der logische Wert des Koordinatenberechnungs-Befehlssignals J "1" ist und beide Impulssignale E und F simultan eingegeben werden. Außerdem setzt die Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158 das Unterbrechungssignal INT auf logisch "0", wenn ihr von der CPU 155 das lmpuls-Rücksetzsignal R mit dem logischen Wert "1" zugeführt wird.
Nunmehr wird die Arbeitsweise der Anordnung nach Figur 10 erläutert.
Für die Beschreibung wird ein Fall betrachtet, bei dem die Position des Punktes P&sub0; in dem in Figur 10 gezeigten Koordinateneingabeglied 180 eingegeben wird. Zuerst wird der Positionszeiger 110 bewegt, bis die Mitte des Fadenkreuzes des Spiegelteils 114 mit dem Punkt P&sub0; zusammenfällt, und dann wird der Schalter 116 eingeschaltet.
Der von dem Laser 121 ausgesandte Laserstrahl fällt über die Linse 175 und die Zylinderlinse 173 auf den polarisierenden Strahlteiler 177. Wenn beispielsweise der elnfallende Laserstrahl unpolarisiertes Licht ist, wird ein Laserstrahl mit einer Polarisatlonsebene in einer vorgegebenen Richtung auf den ersten Drehspiegel 125 gelenkt, nachdem er den polarisierenden Strahlteller 177 und das Viertelwellenlängenplättchen 171 durchlaufen hat. In dem Fall, daß der Laserstrahl senkrecht auf die Oberfläche des ersten Drehspiegels 125 auftrlfft, fällt das reflektierte Licht auf demselben optischen Pfad, den auch das einfallende Licht durchlaufen hat, auf den polarisierenden Strahlteiler 177, nachdem es das Viertelwellenlängenplättchen 171 passiert hat. Zu diesem Zeitpunkt wird das von dem ersten Drehspiegel 125 reflektierte Licht aufgrund des Viertelwellenlängenplättchens 171 zu linear polarisiertem Licht, dessen Polarisationsebene sich von dem einfallenden Licht um 90º unterscheidet, und das linear polarisierte Licht wird dann von dem polarlsierenden Strahlteiler 177 so reflektiert, daß es auf den Photosensor 127 fällt. Der von dem Spiegelteil 114 des Positionszeigers 110 reflektierte Laserstrahl wird in ähnlicher Weise von dem Photosensor 127 detektiert.
In ähnlicher Weise werden der von dem Laser 122 ausgesandte und direkt von dem zweiten Drehspiegel 126 reflektierte Laserstrahl sowie das von dem Spiegelteil 114 des Positionszeigers 110 reflektierte Licht von dem zweiten Photosensor 128 detektiert. Die von den Lasern 121 und 122 ausgesandten Laserstrahlen brauchen kein unpolarisiertes Licht zu sein. Sie können selbstverständlich auch Laserstrahlen sein, die Polarisationsebenen haben und deshalb von den polarisierenden Strahlteilern 177 und 178 durchgelassen werden.
Wenn reflektiertes Licht auf den ersten Photosensor 127 auftrifft, wird der abgegebene photoelektrische Strom erhöht. Da dieser Anstieg jedoch auf der Intensität des Lichtes beruht, ist der Anstieg des photoelektrischen Stromes wegen der größeren Lichtintensität infolge der verminderten Lichtstreuung und dergleichen bei direkt von dem ersten Drehspiegel 125 reflektiertem Licht größer als bei Licht, das durch den Spiegelteil 114 reflektiert wird. In ähnlicher Weise unterscheidet sich das direkt von dem zweiten Drehspiegel 126 reflektierte Licht dadurch von dem an dem Spiegeltell 114 des Positionszeigers 110 reflektierten Licht, daß das direkt an dem zweiten Drehspiegel 126 reflektierte Licht die größere Lichtintensität aufweist.
Der erste Detektions-Bezugspegel Vth1 ist so gewählt, daß direkt durch die ersten und zweiten Drehspiegel 125 und 126 reflektiertes Licht detektiert werden kann, während der zweite Detektions-Bezugspegel Vth2 so gewählt ist, daß Licht detektiert werden kann, das an dem Spiegelteil 114 des Positionszeigers 110 reflektiert worden ist.
Wenn der erste Photosensor 127 Licht detektiert, das direkt durch den ersten Drehspiegel 125 reflektiert wurde, wird der Zähler 148 durch das von der Impulsformerschaltung 144 übermittelte Signal C zurückgesetzt. Wenn er Licht detektiert, das an dem Spiegelteil 114 des Positionszeigers 110 reflektiert wurde, werden die Ausgabedaten des Zählers 148 in dem Register 151 durch das von der Impulsformerschaltung 145 übermittelte Signal E verriegelt, so daß sie als Winkeldaten D1 registriert werden, die den Einfallswinkel θ&sub1; des auf den ersten Laserstrahl 125 auftreffenden Laserstrahls repräsentieren.
Wenn der zweite Photosensor 128 Licht detektiert, das direkt an dem zweiten Drehspiegel 126 reflektiert wurde, so wird der Zähler 149 durch das von der Impulsformerschaltung 146 übermittelte Signal D zurückgesetzt. Wenn er Licht detektiert, das an dem Spiegelteil 114 des Positionszeigers 110 reflektiert wurde, werden die Ausgabedaten des Zählers 149 durch das von der Impulsformerschaltung 147 übermittelte Signal F in dem Register 152 verriegelt, so daß sie als Winkeldaten D2 registriert werden, die den Einfallswinkel θ&sub2; des auf den zweiten Drehspiegel 126 auftreffenden Laserstrahls repräsentieren. Weiterhin werden die Winkeldaten D1 und D2 durch das Unterbrechungssignal INT in den Registern 153 und 154 verriegelt.
Die CPU 155 führt Verarbeitungen ähnlich wie bei der Anordnung nach Figur 3 aus, wodurch die X-Koordinate und die Y-Koordinate des durch den Positionszeiger 110 angegebenen Punktes P&sub0; berechnet werden.
Obgleich bei der Anordnung nach Figur 10 als erste und zweite Drehspiegel 125 und 126 Drehspiegel verwendet werden, die jeweils eine Spiegelfläche haben, können auch Drehspiegel verwendet werden, die jeweils mehrere Spiegelflächen haben. In diesem Fall können genauere Koordinaten erhalten werden, da die Intervalle der Detektion der Koordinaten verringert werden können, indem Berechnungen ausgeführt werden, die den Polygonspiegeln entsprechen.
Obgleich das Koordinatenberechnungs-Befehlssignal J der Unterbrechungssignal-Erzeugungsschaltung 158 bei der Anordnung nach Figur 12 über ein Kabel zugeführt wird, kann es auch mit Hilfe von Ultraschallwellen oder Infrarotstrahlen übermittelt werden.
Figuren 13(a), 13(b) und 14 sind Darstellungen, die ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung illustrieren. Der Aulbau dieses Ausführungsbelspiels ist der gleiche wie bei den oben beschriebenen Anordnungen. Dieses Ausführungsbelsplel ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lichtquelleneinheiten entsprechend der Fläche des Koordinateneingabegebietes eingestellt werden können.
Figur 13(a) ist eine Darstellung, die den Fall illustriert, in dem dieses Ausführungsbeispiel bei einer verhältnismäßig schmalen Koordinatenebene eingesetzt wird, wobei sich die Koordinateneingabevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in einem Zustand befindet, in dem die Entfernung zwischen den beiden Lichtquellen relativ kurz ist.
Figur 13(b) ist eine Darstellung, die den Fall illustriert, in dem dieses Ausführungsbeispiel bei einer relativ breiten Koordinatenebene eingesetzt wird, wobei die Koordinateneingabevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sich in einem Zustand befindet, in dem die Entfernung zwischen den beiden Lichtquellen relativ weit ist. Das heißt, eine in Figur 13(b) gezeigte Koordinatenebene (302') hat größere Abmessungen als eine Koordinatenebene (302), die in Figur 13(a) gezeigt ist, und die Entfernung L' zwischen den speziellen Punkten P&sub1; und P&sub2; ist länger als bei der Koordinatenebene 302. Die Entfernung L' kann manuell oder automatisch bestimmt werden, indem die linken und rechten Lichtquellen längs der Bezugslinie relativ zueinander bewegt werden.
Figur 14 ist eine Frontansicht, die einen Lichtquellenteil der Koordinateneingabevorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel illustriert. Ein Lichtquellenteil 303 umfaßt ein langgestrecktes Basiselement 308 zur Definition der Bezugslinie, eine feste Lichtquelleneinheit 304, die mit Hilfe eines festen Tisches 309 am rechten Endabschnitt des Basiselements 308 befestigt ist, und eine bewegliche Lichtquelleneinheit 305, die auf einem beweglichen Tisch 310 montiert ist, der längs der Bezugslinie beweglich ist. Der bewegliche Lichtquellenteil 303 umfaßt einen Antriebsmechanismus zum automatischen Bewegen der beweglichen Lichtquelleneinheit 305. Der Antriebsmechanismus umfaßt eine Kugelspindel oder eine Gewindespindel 311, die in den beweglichen Tisch 310 eintritt, auf dem die bewegliche Lichtquelleneinhelt 305 montiert ist, einen Elektromotor wie etwa einen Schrittmotor, der über eine Kupplung 312 mit der Gewindespindel 312 gekoppelt ist, um die Gewindespindel 312 zu drehen, und eine Steuerschaltung 314, die in der Lage ist, die Drehung des Elektromotors 313 zu steuern, um die Entfernung L zwischen den speziellen Punkten P&sub1; und P&sub2; zu bestimmen. Die Steuerschaltung 314 ist mit einem Berechnungsteil 306 verbunden, so daß die Steuerschaltung 314 die Drehung des Schrittmotors 313 automatisch steuert und dadurch relativ, in bezug auf die feste Lichtquelle 304, die auf dem beweglichen Tisch 310 montierte bewegliche Lichtquelleneinheit 305 mit Hilfe der Gewindespindel 311 bewegt, indem der Wert L, der der gegebenen Koordinatenebene entspricht, in dem Berechnungsteil 311 eingegeben wird. Die Ausgangsklemmen der beiden Lichtquelleneinheiten 304 und 305 sind über Kabel mit dem Berechnungsteil 306 verbunden.
Die Gewindespindel 311 ist in zwei festen Platten 315 und 316 gelagert, die voneinander entfernt angeordnet sind. Der bewegliche Tisch 310 ist durch zwei Führungsschienen 317 und 3l8 abgestützt, so daß er längs der Bezugslinie beweglich ist.
Der Berechnungsteil 306 enthält eine CPU, um ähnlich wie bei den oben beschriebenen Anordnungen die von dem Positionszeiger (Cursor) 301 angegebene Koordinate zu berechnen, anhand der Winkeldaten θ&sub1; und θ&sub2;, die in ähnlicher Weise wie bei den oben beschriebenen Anordnungen erhalten werden, und anhand der Daten L, die die Entfernung zwischen den zwei Punkten repräsentieren, wobei die Daten L zuvor eingegeben wurden. Eine Kathodenstrahlröhre 307 oder ein elektronischer Overhead-Projektor mit Transmissions-Flüssigkristallanzeigeelementen ist an die CPU angeschlossen, um die Ergebnisse der Berechnungen sichtbar darzustellen. Die Motor-Steuerschaltung 314 ist ebenfalls an die CPU angeschlossen, so daß der Betrieb des Schrittmotors 313 des Lichtquellenteils 303 in Übereinstimmung mit den zuvor in die CPU eingegebenen Daten L gesteuert wird.
Die Arbeitsweise der optischen Koordinateneingabevorrichtung nach diesem Ausführungsbeispiel wird nunmehr beschrieben. Wie in Figuren 13(a) oder 13(b) gezeigt ist, ist der Lichtquellenteil 303 auf der Oberfläche des oberen Endes der gegebenen Koordinatenebene angeordnet. Die Entfernung L (die Entfernung zwischen zwei speziellen Punkten P&sub1; und P&sub2;) zwischen den belden Lichtquelleneinheiten 304 und 305 wird in die CPU des Berechnungsteils 306 in Übereinstimmung mit der Größe der Eingabe-Koordinatenebene eingegeben. In Übereinstimmung mit dem so eingegebenen Wert L dreht die Motor-Steuerschaltung 314 den Schrittmotor 313 des Lichtquellenteils 303 um einen vorgegebenen Betrag, so daß die bewegliche Lichtquelleneinheit 305 längs der Bezugslinie bewegt wird. Im Ergebnis wird die Entfernung der beweglichen Lichtquelleneinheit 305 von der festen Lichtquelleneinheit 304 auf den angegebenen Wert L eingestellt.
Dann wird ein Lichtreflexions-Cursor 1 auf der gegebenen Koordinatenebene 302 angeordnet, und seine Mittelachse wird mit Hilfe eines Kollimeters mit einer gewünschten Koordinate P&sub0; (x, y) in Übereinstimmung gebracht. Die Koordinateneingabe mit Hilfe des Cursors 301 kann kontinuierlich durchgeführt werden, da die Winkel-Abtastgeschwindigkeit des auftreffenden Lichtes mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.
Die beiden Lichtquelleneinheiten 304 und 305 werden dann so betätigt, daß sie die Einfallslinie winkelmäßig abtasten und die Koordinate P&sub0; (x, y) mit Hilfe einer Triangulation berechnen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Entfernung zwischen den beiden Lichtquelleneinheiten automatisch in Übereinstimmung mit der Größe der gegebenen Koordinateneingabeebene bestimmt, indem der Schrittmotor und die Gewindespindel verwendet werden. Die Entfernung L zwischen den Lichtquelleneinheiten kann jedoch auch manuell eingestellt werden. In diesem Fall ist die Anordnung so getroffen, daß die bewegliche Lichtquelleneinheit einfach längs der Kührungsschiene bewegt wird. Nachdem die Entfernung manuell bestimmt worden ist, wird die Berechnung und Eingabe des Wertes L wie folgt vorgenommen: zuerst wird der Cursor auf einem vorgegebenen Punkt angeordnet, und θ&sub1; und θ&sub2; werden durch Abtastung des einfallenden Lichtes erhalten. Nachdem der Cursor von dem vorgegebenen Punkt zu einem anderen Punkt bewegt wurde, dessen Entfernung zu dem ersten Punkt bekannt ist, wird dann das einfallende Licht abgetastet, um θ&sub1;' und θ&sub2;' zu erhalten. Durch Verwendung der so erhaltenen Daten θ&sub1;, θ&sub2;, θ&sub1;', θ&sub2;' und D wird durch eine zu der Triangulation inverse Operation die Entfernung L zwischen den speziellen Punkten P&sub1; und P&sub2; erhalten. Dann werden die Koordlnateneingaben mit dem Lichtreflexions-Cursor unter Verwendung des so erhaltenen Wertes L vorgenommen.
Die oben beschriebene optische Anordnung der optischen Einheit dient lediglich als Beispiel. Es ist eine Vielzahl von Abwandlungen möglich. Weiterhin kann auch der Lichtreflexions-Cursor in verschiedener Weise modifiziert werden. Außerdem kann selbstverständlich die Bewegungseinrichtung des beweglichen optischen Teils in verschiedener Weise modifiziert werden.
Figuren 15(a), 15(b) und 15(c) sind Darstellungen, die ein Ausführungsbeispiel des Positionszeigers (des Cursors) illustrieren. Dieses Ausführungsbeispiel ist durch eine Funktion gekennzeichnet, die darin besteht, daß das in Richtung auf die Mittelachse des Cursors, die die Position des Cursors repräsentiert, einfallende Licht selektiv reflektiert wird, so daß reflektiertes Licht zu der Lichtquelle zurückgestrahlt wird. Darüberhinaus ist eine weitere Funktion wirksam, wenn der Cursor auf eine Ebene gelegt und von Hand kontinuierlich bewegt wird, um kontinuierliche Koordinateneingaben vorzunehmen, wobei diese Funktion darin besteht, daß das reflektierte Licht innerhalb desselben optischen Weges gehalten werden kann, selbst dann, wenn der Cursor während seiner Bewegung in bezug auf die Koordinatenebene gekippt wird.
Figur 15(a) ist ein Grundriß, der einen Lichtreflexions-Cursor gemäß diesem Ausführungsbeispiel illustriert. Ein ringförmiges Linsenelement 401 mit einer konzentrischen inneren Oberfläche 402 und einer äußeren Oberfläche 403 ist aus einem optischen Material hergestellt, beispielweise aus hochbrechendem Glas SLF-03 mit einem Brechungsindex von 1,83. Längs der inneren Oberfläche 402 ist eine Lichtreflexionsschicht 404 ausgebildet. Die Lichtreflexionsschlicht 404 wird hergestellt, indem Metall wie etwa Aluminium aufgedampft wird, oder aus Metallfolie. Das ringförmige Linsenelement 401 ist an seiner nicht wirksamen äußeren Oberfläche durch ein Halteelement 405 gehalten und so angeordnet, daß es längs der Koordinatenebene bewegt werden kann, wobei die konzentrische Achse in bezug auf die gegebene Ebene XY gehalten wird. Im zentralen Bereich des ringförmigen Linsenelements 401 ist ein Kolllmlerelement 406 vorgesehen, das in der Lage ist, den Mittelpunkt P&sub1;, durch den die konzentrische Achse hindurchläuft, mit einem bestimmten Punkt auf der Ebene XY in Übereinstimmung zu bringen. Das Kollimlerelement 406 hat ein Fadenkreuz, das zum Kollimieren verwendet werden kann.
Figur 15(b) ist eine Schnittdarstellung, die den in Figur 14(a) gezeigten Cursor so zeigt, daß er durch eine Ebene geschnitten wird, die eine die konzentrlsche Achse des ringförmigen Linsenelements 401, den Mittelpunkt P&sub0; und eine der Lichtquellen P&sub1; verbindende Linie enthält. Die Querschnittsform der inneren Oberfläche 402 des ringförmigen Linsenelements 401 ist parallel zu der konzentrischen Achse 407. Die Querschnittsform der äußeren Oberfläche 403 ist so geschliffen, daß sie mit einer bestimmten Krümmung nach außen gekrümmt ist. Somit bildet die äußere Oberfläche 403 eine Linsenfläche mit einer optischen Achse, die in Radialrichtung der ringförmigen Gestalt verläuft, wobei die Krümmung der äußeren Oberfläche so bestimmt ist, daß der Brennpunkt der Linse auf der inneren Oberfläche 402 liegt. Bevorzugt hat das ringförmige Linsenelement 401 einen hohen Brechungsindex, damit die Dicke des Teils zwischen der äußeren Oberfläche 403 und der inneren Oberfläche 402 verringert wird und die Größe des Cursors verringert wird. Das einfallende Licht 409 von einer entfernten Lichtquelle P&sub1; wird durch die Reflexionsschicht 404 reflektiert und als reflektiertes Licht 410 abgestrahlt.
Das im zentralem Bereich des ringförmigen Linsenelements 401 angeordnete Kollimierelement 406 besteht beispielsweise aus einer faseroptischen Platte. Das heißt, das Kollimierelement 406 umfaßt einen Boden 412, der mit einer XY-Ebene 411 in Berührung steht, eine obere Oberfläche 413, die zu dem Boden 412 parallel ist, und ein paralleles Bündel von optischen Fasern zur Verbindung des Bodens 412 und der oberen Oberfläche 413 und ein Fadenkreuz entsprechend dem Mittelpunkt P&sub0;. Das Halteelement 405 besitzt einen Boden 415, der in bezug auf die Koordinatenebene 411 gleitend verschiebbar ist, und einen Befestigungsteil 416 zur Befestigung der nicht wirksamen äußeren Oberfläche des ringförmigen Linsenelements 401 derart, daß die konzentrische Achse 407 des Linsenelements 401 zu dem Boden 415 senkrecht ist.
Die Art der Verwendung des Cursors nach diesem Ausführungsbeispiel wird unter Bezugnahme auf Figuren 15(a) und 15(b) beschrieben. Wenn das Halteelement 405 des Cursors an einer vorgegebenen Stelle auf der Ebene XY gehalten wird, so wird der Mittelpunkt des Cursors, das heißt, der Mittelpunkt P&sub0; des ringförmigen Linsenelements 401 mit Hilfe des Kollimierelements 406 auf einen für die Eingabe gewünschten speziellen Punkt eingestellt. Da das Kollimierelement 406 durch eine faseroptische Platte gebildet wird, wie oben beschrieben wurde, wird das Bild auf der XY-Koordinatenebene, die mit dem Boden 412 des Kollimierelements 406 in Berührung steht, so wie es ist beibehalten, nachdem es durch das optische Faserbündel 414 weitergeleitet wurde, so daß es auf der entsprechenden oberen Oberfläche 413 abgebildet wird. Da das so hergestellte Bild im wesentlichen keine Parallaxe hat, kann der gewünschte Punkt präzise bestimmt werden, indem der Schnittpunkt des in dem Kollimierelement 406 gebildeten Fadenkreuzes, das heißt, der Mittelpunkt P&sub0; zur Kollimierung mit dem so gebildeten, beobachteten Bild verwendet wird.
Wenn der Mittelpunkt P&sub0; des Cursors mit dem einzugebenden Koordinatenpunkt zusammenfällt, werden einfallende Lichtstrahlen, mit denen die Koordinatenebene winkelförmig abgetastet wird, von den Lichtquellen P&sub1; und P&sub2; ausgesandt, die ähnlich wie bei den oben beschriebenen Anordnungen in einem bestimmten Abstand L entfernt zueinander angeordnet sind. Wie in Figur 15(a) gezeigt ist, wenn ein einfallender Lichtstrahl 409, der von der Lichtquelle P&sub1; ausgesandt wird, mit einer optischen Achse 408 zusammenfällt, die den Mittelpunkt P&sub0; und den Lichtstrahl P&sub1; verbindet, so wird das einfallende Licht 409 durch den reflektierenden Film 404 des ringförmigen Linsenelements vertikal reflektiert, so daß ein reflektierter Lichtstrahl 410 von oben gesehen in umgekehrter Richtung auf demselben Weg verläuft wie der einfallende Lichtstrahl 409. Das reflektierte Licht 410 läuft zu der Lichtquelle P&sub1; zurück, wo es detektiert wird. Der durch den Weg des einfallenden Lichtstrahls 409 und des reflektierten Lichtstrahls 410 und die die Lichtquellen P&sub1; und P&sub2; verbindende Bezugslinie definierte Winkel φ&sub1; wird bestimmt. In ähnlicher Weise wird der Winkel φ&sub2; zwischen dem optischen Weg und der oben beschriebenen Bezugslinie bestimmt, wenn das einfallende Licht und das zurückgestrahlte Licht von oben gesehen miteinander kollinear sind. So wird die Koordinate des Mittelpunktes P&sub0; des Cursors nach dem Prinzip der Triangulation aus den so bestimmten Winkeln φ&sub1; und φ&sub2; und der Entfernung L zwischen den Lichtquellen erhalten. Im Ergebnis wird die Eingabe einer gewünschten Koordinate vorgenommen.
Wie in Figur 15(c) gezeigt ist, kann sich bei der kontinuierlichen Koordinateneingabe die Bodenfläche des rlngförmigen Linsenelements 401 während der Bewegung des Cursors von der XY-Koordinatenebene 411 abheben, so daß die konzentrische Achse 407 vorübergehend in bezug auf diese Ebene 411 gekippt wird. Beispielsweise kann dies verursacht werden durch ein Zittern des Benutzers, der das Halteelement 405 des Cursors hält. Selbst wenn die konzentrische Achse in bezug auf die Koordinatenebene 411 gekippt ist, kann der reflektierte Lichtstrahl 410 von oben gesehen in umgekehrter Richtung durch denselben optischen Weg verlaufen wie der einfallende Lichtstrahl 409. Das heißt, der einfallende Lichtstrahl 409, der durch die die konzentrische Achse 407 und die radiale optische Achse enthaltende Ebene verläuft, wird durch die Oberfläche der durch die äußere Oberfläche 403 des ringförmigen Linsenelements 401 gebildete Linse abgelenkt und konvergiert, so daß er auf die an der inneren Oberfläche 402 ausgebildete Reflexionsschicht 404 abgebildet wird. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Krümmung der Linse so bestimmt ist, daß der Brennpunkt der Linse auf der inneren Oberfläche 402 liegt. Deshalb wird der von der Reflexionsschicht 404 reflektierte Lichtstrahl von der äußeren Oberfläche 403 der Linse durch einen sogenannten Katzenaugeneffekt abgelenkt und dann parallel zu dem einfallenden Lichtstrahl 409 in Richtung auf die entfernte Lichtquelle abgestrahlt. Da der einfallende Lichtstrahl 409 und der reflektierte Lichtstrahl 410 zueinander parallel sind, können sie sich nicht voneinander entfernen.
Sofern der Cursor nur durch einen zylindrischen Reflexionsspiegel gebildet wird, fällt das Licht natürlich nicht rechtwinklig auf den Reflexionsspiegel, wenn die Achse des Zylinders in bezug auf die Koordinatenebene gekippt ist. Deshalb ist die Richtung des reflektierten Lichtstrahls von der des einfallenden Lichtstrahls verschieden. Als Ergebnis kann der reflektierte Lichtstrahl nicht zu der entfernten Lichtquelle zurückkehren. Wenn die Achse des Zylinders gekippt ist, kann deshalb die Triangulation anhand des Zusammenfallens der Wege der einfallenden und reflektierten Lichtstrahlen nicht ausgeführt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel treten jedoch selbst dann, wenn die konzentrische Achse gekippt ist, keine wesentlichen Probleme auf, so daß die Triangulation fortgesetzt werden kann.
Die Eingabe von Koordinaten mit dem Lichtreflexions-Cursor wird dann ausgeführt, indem der so erhaltene Wert L verwendet wird.
Die oben beschriebenen optischen Anordnungen der optischen Einheiten dienen lediglich als Beispiele. Sie können in verschiedener Weise modifiziert werden. Außerdem kann der Lichtreflexions-Cursor gegenüber dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel abgewandelt werden. Zudem kann die bewegliche Struktur des beweglichen optischen Teils selbstverständlich in verschiedener Weise modifiziert werden.
Wie in Figur 15(a) gezeigt ist, ist bei dem Ausführungsbeisplel der Cursor auf einer Eingabeplatte positioniert, die eine endliche Fläche hat. Wenn der Cursor sich in einem Gebiet befindet, das die Laserstrahlen überstreichen können, kann er auf einer beliebigen horizontalen Ebene oder vertikalen Ebene angeordnet sein.
Obgleich es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Größe der Vorrichtung zu vergrößern, kann die Erfindung selbstverständlich auch bei Geräten mit herkömmlicher Größe, beispielsweise mit einer Größe kleiner als A0 eingesetzt werden.
Für den Fachmann versteht es sich außerdem daß die vorgehende Beschreibung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der offenbarten Vorrichtung ist und verschiedene Änderungen und Abwandlungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne daß der Rahmen der in den Ansprüchen definierten Erfindung verlassen wird. Wie beispielsweise in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 60-95644 beschrieben wird, sind das optische System und die Koordinatenerfassungsebene senkrecht zueinander in bezug auf den Spiegel angeordnet.

Claims

1. Optische Koordinateneingabevorrichtung mit:

einem Reflexions-Positionszeiger (301), der in der Lage ist, eine einzugebende Koordinate anzugeben, und der über eine zweidimensionale Koordinatenebene (302) beweglich angeordnet ist, so daß längs eines auf eine Mittelachse des Positionszeigers gerichteten optischen Pfades einfallendes Licht reflektiert wird und das reflektierte Licht dann entgegengesetzt längs des optischen Pfades verläuft,

einem Lichtquellenteil (303) mit zwei Lichtquelleneinheiten (304, 305), die auf der Koordinatenebene montiert sind, um das einfallende Licht auszusenden, das die Koordinatenebene winkelförmig von zwei entfernt zueinander auf einer Bezugslinie angeordneten Punkten (P&sub1;, P&sub2;) aus abtastet, wobei die Lichtquelleneinheiten in der Lage sind, Licht zu empfangen, das sich entgegengesetzt ausbreitet, nachdem es an dem Positionszeiger reflektiert worden ist, wenn das einfallende Licht mit dem genannten optischen Pfad zusammenfällt, und ein Ausgangssignal auszugeben, und

einem Berechnungsteil (306). der in der Lage ist, die Winkel (θ&sub1;, θ&sub2;) zwischen den optischen Pfaden, die die beiden Punkte (P&sub1;, P&sub2;) mit der Mittelachse des Positionszeigers (303) verbinden, und der Bezugslinie zu berechnen und weiterhin die durch den Positionzeiger angegebene Koordinate zu berechnen, unter Verwendung der so berechneten Winkel und einer Entfernung (L) zwischen den beiden Punkten in Übereinstimmung mit einem Triangulationsprinzip,

dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtquellenteil (303) von einer beweglichen Bauart ist, bei der die beiden Lichtquelleneinheiten (304, 305) längs der Bezugslinie relativ beweglich sind, so daß die Entfernung (L) zwischen den beiden Punkten (P&sub1;, P&sub2;) entsprechend der Größe der Koordinatenebene (302) eingestellt werden kann.

2. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Lichtquellenteil (303) ein langgestrecktes Basiselement (308) aufweist, das die genannte Bezugslinie bilden kann, eine der Lichtquelleneinheiten (304) an einem Endabschnitt des Basiselements befestigt ist und die andere Lichtquelleneinheit (305) längs der Bezugslinie beweglich ist.

3. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 2, bei der die bewegliche Lichtquelleneinheit (305) ein Antriebselement (311) aufweist, das in der Lage ist, die bewegliche Lichtquelleneinheit automatisch zu bewegen.

4. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 3, bei der das Antriebseiement eine in die bewegliche Lichtquelleneinheit eintretende Gewindespindel (311), einen Elektromotor (313), der die Gewindespindel drehen kann, und eine Steuerschaltung (314) aufweist, die in der Lage ist, die Entfernung (L) zwischen den beiden Punkten auf einen gewünschten Wert einzustellen, indem sie die Drehung des Elektromotors steuert.

5. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der jede der Lichtquelleneinheiten (304, 305) eine Laserlichtquelle, die in der Lage ist, das einfallende Licht auszusenden, optische Abtastmittel, die zur winkelförmigen Abtastung mit dem einfallenden Licht in der Lage sind, und einen optischen Sensor aufweist, der in der Lage ist, das von dem Positionszeiger (301) reflektierte Licht zu empfangen, um ein Detektionssignal zu erzeugen.

6. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der die optische Abtasteinrichtung ein Drehspiegel ist.

7. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 6, bei der die optische Abtasteinrichtung ein polygonaler Drehspiegel ist.

8. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 5, bei der jede der Lichtquelleneinheiten ein optisches System aufweist, das zwischen der Laserlichtquelle und der optischen Abtasteinrichtung angeordnet ist.

9. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Berechnungsteil eine Schaltung (306) aufweist, die in der Lage ist, die Entfernung (L) zwischen den beiden Punkten (P&sub1;, P&sub2;) zu bestimmen anhand: der Winkel zwischen der Bezugslinie und den optischen Pfaden, die die Punkte (P&sub1;, P&sub2;) und die Mittelachse des an einem ersten Koordinatenpunkt positionierten Positionszeigers (301) verbinden; der Winkel zwischen der Bezugslinie und den optischen Pfaden, die die zwei Punkte und die Mittelachse des Positionszeigers verbinden, der an einem anderen Koordinatenpunkt positioniert ist, der zu dem ersten Koordinatenpunkt eine vorgegebene Entfernung aufweist; und dieser vorgegebenen Entfernung.

10. Optische Koordinateneingabevorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Positionszeiger mit einer Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung versehen ist, die in der Lage ist, ein Signal zum Auslösen einer Koordinatenberechnung zu erzeugen, und der Berechnungsteil dazu ausgebildet ist, die Koordinate in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal der Koordinatenberechnungs-Befehlssignal-Erzeugungsschaltung zu berechnen.

11. Positionszeiger für die optische Eingabe von Koordinaten, mit:

einem ringförmigen Linsenelement (401) aus einem optischen Material in einer ringförmigen Gestalt mit einer inneren Oberfläche (402) und einer damit konzentrischen äußeren Oberfläche (403), wobei die innere Oberfläche zu der geometrischen Mittelachse (407) des ringförmigen Linsenelements parallel ist und die äußere Oberfläche so gestaltet ist, daß sie eine mit einer vorgegebenen Krümmung auswärts gekrümmte Form hat, wodurch eine Linsenoberfläche (403) gebildet wird, deren optische Achse in Radialrichtung der ringförmigen Gestalt orientiert ist, welche Linse ihren Brennpunkt auf der inneren Oberfläche (402) hat,

einer Reflexionsschicht (404), die auf der inneren Oberfläche des ringförmigen Linsenelements angeordnet ist und in der Lage ist, Licht zu reflektieren, das durch das ringförmige Linsenelement auf sie auffällt,

einem Halteelement (405). das in der Lage ist, das ringförmige Linsenelement zu halten und es über eine gegebene Koordinatenfläche (411) zu bewegen, wobei die geometrische Mittelachse des ringförmigen Elements rechtwinklig zu der Koordinatenebene gehalten wird, und

einem Kollimierelement (406) zum Ausrichten eines Mittelpunktes, durch den die Mittelachse (407) des ringförmigen Linsenelements verläuft, mit einem speziellen Punkt auf der Koordinatenebene.

12. Positionszeiger nach Anspruch 11, bei dem das ringförmige Linsenelement (411) durch Glas mit hohem Brechungsindex gebildet wird und eine geschliffene äußere Oberfläche besitzt.

13. Positionszeiger nach Anspruch 11, bei dem die Reflexionsschicht (404) durch eine dünne Metallschicht gebildet wird.

14. Positionszeiger nach Anspruch 11, bei dem das Halteelement (405) einen Boden (415), der in Berührung mit der Koordinatenebene (411) gleiten kann, und einen Befestigungsteil (416) aufweist, der in der Lage ist, das ringförmige Linsenelement so zu fixieren, daß seine Mittelachse (407) zu dem Boden rechtwinklig ist.

15. Positionszeiger nach Anspruch 11, bei dem das Kollimierelement (406) eine faseroptische Platte aufweist, die an dem inneren Teil des ringförmigen Linsenelements befestigt ist und einen Boden (412), der bei Gebrauch mit der Koordinatenebene in Berührung steht, eine zu dem Boden parallele obere Oberfläche (413) und ein paralleles Bündel von optischen Fasern (414) aufweist, die den Boden mit der oberen Oberfläche verbinden.