JP2005003539A - 回転検出装置、及びそれを用いた入力機器 - Google Patents

回転検出装置、及びそれを用いた入力機器 Download PDF

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Abstract

【課題】小型化を図ることが可能な回転検出装置を提供する。
【解決手段】光透過性を有する回転板１の上側面外周に沿って各凹凸部１ｂを形成し、回転板１の下側面から僅かに離間させて第１及び第２反射型光結合素子２、３を配置し、第１及び第２反射型光結合素子２、３からの出射光を回転板１の各凹凸部１ｂに入射させ、各凹凸部１ｂからの反射光を第１及び第２反射型光結合素子２、３に入射させ、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光出力に基づいて、回転板１の回転角度、回転速度、回転方向を検出している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物の回転速度や回転角等を検出するための回転検出装置、及びそれを用いた入力機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の装置としては、例えば特許文献１に記載のものがある。ここでは、発光素子と受光素子を対向配置した光透過型光結合素子を用い、回転板の回転に伴って回転軌道を描く各凹凸を該回転板の厚み方向に形成し、回転板の各凹凸を発光素子と受光素子間に挟み込んで、発光素子と受光素子間の光路を各凹凸により間欠的に遮断し、受光素子の受光出力に基づいて、回転板の回転速度や回転角度等を検出している。
【０００３】
また、光透過型光結合素子を用いた従来の装置としては、図８に示す様なものもある。この装置では、回転板１０１外周縁の各スリット１０１ａを光透過型光結合素子１０２の発光素子と受光素子間に挟み込んで、発光素子と受光素子間の光路を各スリット１０１ａにより間欠的に遮断し、受光素子の受光出力に基づいて、回転板１０１の回転速度や回転角度等を検出している。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３２８０５５４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の各装置では、透過型光結合素子を用いているために、装置の小型化が困難であった。
【０００６】
例えば、特許文献１の装置では、回転板の各凹凸を発光素子と受光素子間に挟み込むため、各素子を離間して配置せねばならず、透過型光結合素子が大型化し、該装置も大型化した。また、各凹凸を回転板の厚み方向に形成していることから、発光素子と受光素子間の光軸が回転板と平行に配置されることになり、この光軸の占有スペースが必要とされ、該装置の小型化が困難であった。
【０００７】
また、図８の装置では、回転板１０１の各スリット１０１ａを光透過型光結合素子１０２の発光素子と受光素子間に挟み込むため、各素子を離間して配置せねばならず、透過型光結合素子が大型化し、該装置も大型化した。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、小型化を図ることが可能な回転検出装置、及びそれを用いた入力機器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の回転検出装置は、回転板を回転軸により軸支し、回転軸を中心とする該回転板の円周上に複数の凹凸を配列し、回転板の回転により描かれる該各凹凸の円軌道に沿って反射型光結合素子を配置している。
【００１０】
この様な構成の本発明によれば、回転板の回転に伴い、回転板の各凹凸が円軌道を描く。反射型光結合素子は、この円軌道に沿って配置されているため、光を回転板の各凹凸に出射し、各凹凸からの反射光を入射することができる。各凹凸が回転移動するので、各凹凸からの反射光のレベルが変調される。従って、反射型光結合素子の受光出力も変調されることになり、この受光出力に基づいて、回転板の回転速度や回転角度を検出することができる。
【００１１】
また、反射形光結合素子を回転板の片面側のみに設けるので、回転検出装置の小型化を図ることができる。
【００１２】
また、本発明においては、回転板及び各凹凸が反射型光結合素子からの出射光に対して透過性を有する材料で形成され、各凹凸が反射型光結合素子とは反対側の回転板表面から突出している。そして、反射型光結合素子の出射光を回転板を通じて該回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を回転板を通じて反射型光結合素子に入射させている。
【００１３】
この様に回転板及び各凹凸を反射型光結合素子からの出射光に対して透過性を有する材料で形成し、各凹凸を反射型光結合素子とは反対側の回転板表面から突出させておき、反射型光結合素子の出射光を回転板を通じて該回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を回転板を通じて反射型光結合素子に入射させても良い。この場合は、反射型光結合素子側の回転板表面を平面することができ、反射型光結合素子を回転板により近づけることができ、回転検出装置をより小型化することができる。
【００１４】
また、本発明においては、回転板及び各凹凸が反射型光結合素子側の回転板表面から突出している。そして、反射型光結合素子からの出射光を回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を反射型光結合素子に入射させている。
【００１５】
この様に各凹凸を反射型光結合素子側の回転板表面から突出させておき、反射型光結合素子からの出射光を回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を反射型光結合素子に入射させても良い。
【００１６】
また、本発明においては、各凹凸は、三角波形状のものである。
【００１７】
各凹凸として、三角波形状のものを適用すると、各凹凸からの反射光の変調レベルが大きくなり、反射型光結合素子の受光出力の変調レベルも大きくなって、受光出力に基づく回転板の回転速度や回転角度の検出が容易になる。
【００１８】
更に、本発明においては、複数の反射型光結合素子を回転板の回転により描かれる該各凹凸の円軌道に沿って配置し、各反射型光結合素子の出力が位相差を持つ様に該各反射型光結合素子を位置決めしている。
【００１９】
この場合は、回転板の回転方向に応じて、各反射型光結合素子の出力の位相差が変化するので、該位相差に基づいて、回転板の回転方向を検出することができる。
【００２０】
次に、本発明の入力機器は、上記本発明の回転検出装置を用いている。
【００２１】
この様な入力機器においても、本発明の回転検出装置と同様の作用及び効果を達成することができる。
【００２２】
入力機器としては、例えば情報処理装置に付設されるものがあり、入力機器の操作レバーの回転速度、回転角度、回転方向を検出するために、本発明の回転検出装置を用いる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の回転検出装置の第１実施形態を示している。（ａ）は本実施形態の回転検出装置を上側から見て示す斜視図であり、（ｂ）は同回転検出装置を下側から見て示す斜視図であり、（ｃ）は同回転検出装置を示す平面図であり、（ｄ）は同回転検出装置を示す側面図である。
【００２５】
本実施形態の回転検出装置は、回転板１と、第１及び第２反射型光結合素子２、３とを備えている。回転板１は、その中央の孔１ａに回転軸（図示せず）を通され、この回転軸により回転自在に支持される。また、回転板１は、第１及び第２反射型光結合素子２、３からの出射光を透過し得る材料から形成されたものである。
【００２６】
回転板１は、その上側面外周に沿って形成された各凹凸部１ｂを有する。各凹凸部１ｂは、三角波形状であり、一定のピッチで形成されている。また、回転板１の下側面は、平面であり、この下側平面から僅かに離間して、かつ各凹凸部１ｂに沿って第１及び第２反射型光結合素子２、３を配置している。
【００２７】
第１及び第２反射型光結合素子２、３は、図２に示す様に発光素子１１、受光素子１２、各素子１１、１２を搭載した基板１３、各素子１１、１２を封止したモールド樹脂１４、及び基板１３裏面に設けられた各端子１５を有する。そして、第１及び第２反射型光結合素子２、３のいずれにおいても、発光素子１１への入力及び受光素子１２の受光出力を各端子１５を通じて入出力する。
【００２８】
さて、この様な構成の回転検出装置においては、発光素子１１からの出射光が回転板１を通じて各凹凸部１ｂ表面に入射され、各凹凸部１ｂ表面からの反射光が回転板１を通じて受光素子１２に入射される。そして、回転板１の回転に伴い、第１及び第２反射型光結合素子２、３に対する回転板１の各凹凸部１ｂの位置が変化すると、発光素子１１から各凹凸部１ｂ表面への出射光の入射位置が変化し、各凹凸部１ｂ表面から受光素子１２への反射光のレベルが変化する。
【００２９】
例えば、図３（ａ）に示す様に発光素子１１及び受光素子１２上方にそれぞれの凹凸部１ｂが位置する場合は、経路ｘ１で示す様に発光素子１１からの出射光が一方の凹凸部１ｂ表面で反射され、その反射光が受光素子１２に入射することはない。
【００３０】
また、図３（ｂ）に示す様に発光素子１１及び受光素子１２上方に１つの凹凸部１ｂが位置する場合は、経路ｘ２で示す様に発光素子１１からの出射光が一方の凹凸部１ｂ表面で反射され、その反射光が受光素子１２に入射する。
【００３１】
図４は、回転板１が一定速度で回転しているときの受光素子１２の受光出力の変化を示すグラフである。このグラフに示す様に受光素子１２の受光出力Ｙは、略正弦波を描いており、図３（ａ）に示す様に発光素子１１及び受光素子１２上方にそれぞれの凹凸部１ｂが位置するときに最小レベルｙ１となり、また図３（ｂ）に示す様に発光素子１１及び受光素子１２上方に１つの凹凸部１ｂが位置するときに最大レベルｙ２となる。
【００３２】
ここで、回転板１の回転角度が大きくなる程、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光出力の位相が進む。また、回転板１の回転速度が速くなる程、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光出力の周波数が上昇する。
【００３３】
従って、第１又は第２反射型光結合素子２、３の受光出力の位相の進みを検出し、また受光出力の周波数をカウントすれば、回転板１の回転角度及び回転速度を検出することができる。
【００３４】
一方、回転板１が一方向に回転したときには、図５のグラフに示す様に第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光素子１２の受光出力Ｙ１、Ｙ２の位相が１／４周期だけずれる。また、回転板１が逆方向に回転したときには、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光素子１２の受光出力Ｙ１、Ｙ２の位相が逆転した上で１／４周期だけずれる。これは、各凹凸部１ｂに対する第１及び第２反射型光結合素子２、３の位置を適宜に設定することにより実現される。
【００３５】
従って、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光素子１２の受光出力の位相に基づいて、回転板１の回転方向を検出することができる。
【００３６】
この様に本実施形態の回転検出装置では、光透過性を有する回転板１の上側面外周に沿って各凹凸部１ｂを形成し、回転板１の下側面から僅かに離間させて第１及び第２反射型光結合素子２、３を配置し、第１及び第２反射型光結合素子２、３からの出射光を回転板１の各凹凸部１ｂに入射させ、各凹凸部１ｂからの反射光を第１及び第２反射型光結合素子２、３に入射させ、第１及び第２反射型光結合素子２、３の受光出力に基づいて、回転板１の回転角度、回転速度、回転方向を検出している。
【００３７】
また、第１及び第２反射型光結合素子２、３を回転板１の片面側に近接配置しているので、回転検出装置の小型化を図ることができる。
【００３８】
図６（ａ）及び（ｂ）は、本発明の回転検出装置の第２実施形態を示している。（ａ）は本実施形態の回転検出装置を下側から見て示す斜視図であり、（ｂ）は同回転検出装置を示す側面図である。
【００３９】
本実施形態の回転検出装置は、回転板２１と、反射型光結合素子２２とを備えている。回転板２１は、その中央の孔２１ａに回転軸（図示せず）を通され、この回転軸により回転自在に支持される。また、回転板２１は、その表面で反射型光結合素子２２からの出射光を反射する。
【００４０】
回転板２１は、その下側面外周に沿って交互に形成された各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃを有する。各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃは、矩形波形状であり、一定のピッチで形成されている。各凸部２１ｂから僅かに離間して、かつ各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃに沿って反射型光結合素子２２を配置している。
【００４１】
反射型光結合素子２２は、図２の第１及び第２反射型光結合素子２、３と同様の構成である。
【００４２】
この回転検出装置においても、回転板２１の回転に伴い、反射型光結合素子２２に対する回転板２１の各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃの位置が変化すると、発光素子１１から各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃ表面への出射光の入射位置が変化し、各凹部２１ｂ及び各凸部２１ｃ表面から受光素子１２への反射光のレベルが変化する。
【００４３】
例えば、図７（ａ）に示す様に反射型光結合素子２２上方に凹部２１ｂが位置する場合は、発光素子１１から出射され、凹部２１ｂ表面で反射され、受光素子１２へと入射する光の経路が長くなり、受光素子１２への反射光のレベルが低下する。
【００４４】
また、図７（ｂ）に示す様に反射型光結合素子２２上方に凸部２１ｃが位置する場合は、発光素子１１から出射され、凹部２１ｂ表面で反射され、受光素子１２へと入射する光の経路が短くなり、受光素子１２への反射光のレベルが高くなる。
【００４５】
このため、回転板２１が一定速度で回転しているときには、受光素子１２の受光出力が周期的に変化して略正弦波を描く。そして、回転板２１の回転角度が大きくなる程、反射型光結合素子２２の受光出力の位相が進み、また回転板１の回転速度が速くなる程、反射型光結合素子２２の受光出力の周波数が上昇する。
【００４６】
従って、反射型光結合素子２２の受光出力の位相の進みを検出し、また受光出力の周波数をカウントすれば、回転板２１の回転角度及び回転速度を検出することができる。
【００４７】
尚、本実施形態の回転検出装置においても、２つの反射型光結合素子を設け、各反射型光結合素子の受光素子１２の受光出力の位相が僅かにずれるそれぞれの位置に、各反射型光結合素子を配置すれば、各反射型光結合素子の受光素子１２の受光出力の位相に基づいて、回転板２１の回転方向を検出することができる。
【００４８】
本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、多様に変形することができる。例えば、回転板の各凹凸の形状を多様に変形することができる。また、反射型光結合素子の形状や構造を多様に変形することができる。
【００４９】
また、本発明は、回転検出装置だけではなく、回転検出装置を用いた入力機器を包含する。入力機器としては、例えば情報処理装置に付設されるものがあり、入力機器の操作レバーの回転速度、回転角度、回転方向を検出するために、本発明の回転検出装置を用いる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明によれば、回転板の回転に伴い、回転板の各凹凸が円軌道を描く。反射型光結合素子は、この円軌道に沿って配置されているため、光を回転板の各凹凸に出射し、各凹凸からの反射光を入射することができる。各凹凸が回転移動するので、各凹凸からの反射光のレベルが変調される。従って、反射型光結合素子の受光出力も変調されることになり、この受光出力に基づいて、回転板の回転速度や回転角度を検出することができる。
【００５１】
また、反射形光結合素子を回転板の片面側のみに設けるので、回転検出装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態の回転検出装置を上側から見て示す斜視図であり、（ｂ）は同回転検出装置を下側から見て示す斜視図であり、（ｃ）は同回転検出装置を示す平面図であり、（ｄ）は同回転検出装置を示す側面図である。
【図２】図１の回転検出装置における反射型光結合素子を示す側面図である。
【図３】（ａ）は図１の回転検出装置において発光素子及び受光素子上方にそれぞれの凹凸部が位置する状態を示す図であり、（ｂ）は発光素子及び受光素子上方に１つの凹凸部が位置する状態を示す図である。
【図４】図１の回転検出装置において回転板が一定速度で回転しているときの受光素子の受光出力の変化を示すグラフである。
【図５】図１の回転検出装置における第１及び第２反射型光結合素子の受光素子の受光出力の変化を示すグラフである。
【図６】（ａ）は本発明の第２実施形態の回転検出装置を上側から見て示す斜視図であり、（ｂ）は同回転検出装置を示す側面図である。
【図７】（ａ）は図６の回転検出装置において反射型光結合素子上方に凹部が位置する状態を示す図であり、（ｂ）は反射型光結合素子上方に凸部が位置する状態を示す図である。
【図８】従来の装置を例示する斜視図である。
【符号の説明】
１、２１ 回転板
１ｂ 各凹凸部
２ 第１反射型光結合素子
３ 第２反射型光結合素子
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ 基板
１４ モールド樹脂
１５ 端子
２２ 反射型光結合素子
２１ｂ 各凹部
２１ｃ 各凸部

Claims (8)

  1. 回転板を回転軸により軸支し、回転軸を中心とする該回転板の円周上に複数の凹凸を配列し、回転板の回転により描かれる該各凹凸の円軌道に沿って反射型光結合素子を配置したことを特徴とする回転検出装置。
  2. 回転板及び各凹凸が反射型光結合素子からの出射光に対して透過性を有する材料で形成され、各凹凸が反射型光結合素子とは反対側の回転板表面から突出していることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  3. 反射型光結合素子の出射光を回転板を通じて該回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を回転板を通じて反射型光結合素子に入射させることを特徴とする請求項２に記載の回転検出装置。
  4. 回転板及び各凹凸が反射型光結合素子側の回転板表面から突出していることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  5. 反射型光結合素子からの出射光を回転板の各凹凸表面に入射させ、各凹凸表面からの反射光を反射型光結合素子に入射させることを特徴とする請求項４に記載の回転検出装置。
  6. 各凹凸は、三角波形状のものであることを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  7. 複数の反射型光結合素子を回転板の回転により描かれる該各凹凸の円軌道に沿って配置し、各反射型光結合素子の出力が位相差を持つ様に該各反射型光結合素子を位置決めしたことを特徴とする請求項１に記載の回転検出装置。
  8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の回転検出装置を用いた入力機器。
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