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