JPH09179680A - Multi-directional position input device and multi-directional position detecting device - Google Patents

Multi-directional position input device and multi-directional position detecting device

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JPH09179680A
JPH09179680A JP7349530A JP34953095A JPH09179680A JP H09179680 A JPH09179680 A JP H09179680A JP 7349530 A JP7349530 A JP 7349530A JP 34953095 A JP34953095 A JP 34953095A JP H09179680 A JPH09179680 A JP H09179680A
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JP
Japan
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light
light source
operation stick
amount
light receiving
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JP7349530A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Goto
英夫 後藤
Manabu Fujita
学 藤田
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DATA STREAM KK
Original Assignee
DATA STREAM KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a multi-directional position detecting device capable of optically detecting the relative rotation angle of a light source and a multi- directional position input device capable of detecting the multi-directional deflection of an operation stick by simple constitution. SOLUTION: The system is provided with a light source 25 and a light receiving means 31 for receiving light emitted and radiated from the light source 25 and the light source 25 and the light receiving means 31 are respectively covered with a light emitting side polarizing sheet 26 and a light receiving side polarizing sheet 27. When the sheet 26 is rotated together with the light source 25, an angle formed by the polarizing directions of both the sheets 26, 27 is changed and the quantity of light received by the means 31 is also changed. The relative rotational angle of the light source 25 can be detected by detecting a change in the quantity of received light. Since the light source 25 is fixed to the operation stick and the deflection of the light source 25 can be detected by a change in the quantity of light received by the means 31 due to the deflection, the multi-directional deflection of the operation stick can be detected by the simple constitution.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

【０００２】この発明は、多方向に移動する光源の偏位
を検出する多方向位置検出装置と、操作スティックを操
作したときの偏位を多方向の各成分毎に検出して、それ
ぞれ多方向位置入力信号として出力する多方向位置入力
装置に関するものである。The present invention is directed to a multi-directional position detecting device for detecting the displacement of a light source that moves in multiple directions, and the displacement when the operating stick is operated is detected for each component of the multi-direction, and each of the multi-directions is detected. The present invention relates to a multi-directional position input device that outputs a position input signal.

【０００３】[0003]

【従来の技術】従来、コンピュータを用いたゲームにお
いては、ディスプレー上に投影されたキャラクタ（人、
スペースシップ、カーソル等）を、多方向に簡単な操作
で移動させるため、例えば、ジョイスティックコントロ
ーラなど、ゲーム専用の多方向位置入力装置が用いられ
ている。特に近年は、バーチャルリアリティのあるゲー
ムが多数開発され、キャラクタを、単にディスプレー上
の２次元で移動させるだけでなく、奥行き方向や三次元
の各軸回りの回転方向に簡単な操作で制御できるような
多方向位置入力装置が求められている。2. Description of the Related Art Conventionally, in a game using a computer, a character (person,
In order to move a spaceship, a cursor, etc.) in multiple directions by a simple operation, for example, a multidirectional position input device dedicated to a game such as a joystick controller is used. Especially in recent years, a lot of games with virtual reality have been developed so that not only can the character be moved in two dimensions on the display, but it can also be controlled by simple operations in the depth direction and the rotation directions around the three-dimensional axes. There is a need for a multi-directional position input device.

【０００４】図１２は、特公平３−４４３２６号に示さ
れた従来の多方向位置入力装置１００を示すもので、互
いに直交するＸ，Ｙ軸と操作スティクの操作軸回りに回
転する操作スティック１０１について、その相対回転角
（ＲＯＬＬ），（ＰＩＴＣＨ），（ＹＡＷ）を検出し、
多方向位置入力信号として出力するものである。FIG. 12 shows a conventional multi-directional position input device 100 disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 3-44326, which is an operation stick 101 that rotates around X and Y axes orthogonal to each other and an operation axis of an operation stick. About the relative rotation angle (ROLL), (PITCH), (YAW),
It is output as a multidirectional position input signal.

【０００５】同図において１０２は、操作スティック１
０１を貫通させた球状体であり、筺体１０３に対して操
作スティック１０１を、Ｘ，Ｙ軸と操作軸のいずれの軸
回りにも独立して回動可能となるように支持するもので
ある。筺体１０３の下端には、互いに交差する内側アー
ム板１０４と外側アーム板１０５が回動自在に支持さ
れ、操作スティック１０１がこれを貫通している。In the figure, reference numeral 102 designates an operation stick 1.
It is a spherical body that penetrates 01, and supports the operation stick 101 with respect to the housing 103 so as to be independently rotatable around any of the X and Y axes and the operation axis. An inner arm plate 104 and an outer arm plate 105, which intersect each other, are rotatably supported at the lower end of the housing 103, and an operation stick 101 penetrates through this.

【０００６】従って、操作スティック１０１を図中のＸ
軸回りに回転させると、内側アーム板１０４が回転し、
そのＸ軸回りの相対回転角（ＰＩＴＣＨ）が内側アーム
１０４の一端に装着された可変抵抗器１０６によって検
出される。Therefore, the operation stick 101 is indicated by X in the figure.
When rotated around the axis, the inner arm plate 104 rotates,
The relative rotation angle (PITCH) about the X axis is detected by the variable resistor 106 attached to one end of the inner arm 104.

【０００７】同様に、操作スティック１０１をＹ軸（図
中紙面と直交する方向）回りに回転させると、外側アー
ム板１０５が回転し、そのＹ軸回りの相対回転角（ＲＯ
ＬＬ）が外側アーム１０５の一端に装着された可変抵抗
器（図示せず）によって検出される。Similarly, when the operation stick 101 is rotated about the Y axis (the direction orthogonal to the paper surface in the drawing), the outer arm plate 105 rotates, and the relative rotation angle (RO) about the Y axis.
LL) is detected by a variable resistor (not shown) attached to one end of the outer arm 105.

【０００８】また、外側アーム１０５には、アダプタ１
０７によって操作スティック１０１の下端部を挿通させ
る可変抵抗器１０８が取り付けられ、操作スティック１
０１の操作軸回りの相対回転角（ＹＡＷ）を検出できる
ようになっている。The outer arm 105 has an adapter 1
The variable resistor 108 that allows the lower end of the operation stick 101 to be inserted is attached by 07.
The relative rotation angle (YAW) around the operation axis of 01 can be detected.

【０００９】従って、この多方向位置入力装置１００に
よれば、操作スティック１０１を任意の方向に傾斜、若
しくは旋回させたときに、この操作に対応する操作ステ
ィック１０１の相対回転角（ＲＯＬＬ），（ＰＩＴＣ
Ｈ），（ＹＡＷ）を可変抵抗器で検出することができ、
検出した相対回転角から多方向位置入力信号を出力する
ことができる。Therefore, according to the multi-directional position input device 100, when the operation stick 101 is tilted or swung in any direction, the relative rotation angle (ROLL) of the operation stick 101 corresponding to the operation, ( PITC
H), (YAW) can be detected with a variable resistor,
A multidirectional position input signal can be output from the detected relative rotation angle.

【００１０】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の多方向位置入力装置１００にあっては、相対回転
角を検出する為の可変抵抗器１０６、１０８を、検出し
ようとするＸ，Ｙ軸および操作軸毎に取り付ける必要が
あり、構成する部品点数が多くコストアップの原因とな
っていた。However, in the above-mentioned conventional multi-directional position input device 100, the variable resistors 106 and 108 for detecting the relative rotation angle are detected in the X and Y axes. Also, it is necessary to attach each operation axis, and the number of parts to be configured is large, which causes a cost increase.

【００１１】また、このように可変抵抗器１０６、１０
８を各軸毎に設け、更に操作スティック１０１の回転を
伝達する内側アーム１０４と外側アーム１０５を取り付
ける必要があるため、装置全体が大型化してゲーム機器
などの入力装置として適さないという問題があった。Further, as described above, the variable resistors 106, 10
Since it is necessary to provide 8 for each axis and to attach the inner arm 104 and the outer arm 105 that transmit the rotation of the operation stick 101, there is a problem that the entire device becomes large and is not suitable as an input device such as a game machine. It was

【００１２】更に、このように装置全体が大型化するた
めに、別に検出機構を設けて、操作スティック１０１の
Ｘ，Ｙ軸方向の相対移動量（ｘ）（ｙ）や、操作軸方向
の相対移動量（ｚ）を、３方向の相対回転角とともに検
出するようなことは、余剰の取付スペースがなく困難な
ものであった。Further, in order to increase the size of the entire apparatus as described above, a separate detection mechanism is provided, and the relative movement amount (x) (y) of the operation stick 101 in the X and Y axis directions and the relative movement in the operation axis direction are provided. It was difficult to detect the movement amount (z) together with the relative rotation angles in the three directions because there is no extra mounting space.

【００１３】例えば、上記特公平３−４４３２６号にお
いては、操作軸方向の相対移動量（ｚ）を検出しようと
するときには、操作軸回りの相対回転角（ＹＡＷ）を検
出する可変抵抗器１０８に換えて、図１３に示すような
摺動型可変抵抗器１０９をアダプタ１１０によって取り
付けるもので、相対移動量（ｚ）と相対回転角（ＹＡ
Ｗ）を１台の多方向位置入力装置１００によって検出す
ることができない。For example, in Japanese Patent Publication No. 3-44326, when the relative movement amount (z) in the operation axis direction is to be detected, the variable resistor 108 for detecting the relative rotation angle (YAW) about the operation axis is used. Instead, a sliding variable resistor 109 as shown in FIG. 13 is attached by an adapter 110, and the relative movement amount (z) and the relative rotation angle (YA
W) cannot be detected by one multidirectional position input device 100.

【００１４】更に、操作スティック１０１の偏位を機械
的に可変抵抗器１０６、１０８へ伝達するために、操作
スティックの操作が重くなり操作性が悪いという問題が
あった。Further, since the deviation of the operating stick 101 is mechanically transmitted to the variable resistors 106 and 108, the operation of the operating stick becomes heavy and the operability is poor.

【００１５】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、軽操作力で操作スティックを操作す
ることができ、操作スティックを操作させたときのＸ，
Ｙ軸および操作軸回りの相対回転角を、簡単な構成で検
出することができる多方向位置入力装置を提供する。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is possible to operate the operation stick with a light operation force, and when the operation stick is operated, X,
Provided is a multi-directional position input device capable of detecting a relative rotation angle around a Y-axis and an operation axis with a simple configuration.

【００１６】更に、簡単な構成で、Ｘ，Ｙ軸および操作
軸回りの相対回転角の外に、操作軸方向の相対移動量を
検出することができる多方向位置入力装置を提供する。Further, the present invention provides a multi-directional position input device having a simple structure and capable of detecting the relative movement amount in the operation axis direction in addition to the relative rotation angles around the X and Y axes and the operation axis.

【００１７】更に、簡単な構成で、Ｘ，Ｙ軸および操作
軸回りの相対回転角の外に、Ｘ，Ｙ軸および操作軸方向
の相対移動量を検出することができる多方向位置入力装
置を提供する。Furthermore, a multi-directional position input device capable of detecting the relative movement amounts in the X and Y axes and the operation axis direction in addition to the relative rotation angles around the X and Y axes and the operation axis with a simple structure. provide.

【００１８】また、光源と受光手段を結ぶ軸回りの相対
回転角を簡単な構成で光学的に検出でき、上記多方向位
置入力装置に用いて好適な多方向位置検出装置を提供す
る。Further, the relative rotation angle around the axis connecting the light source and the light receiving means can be optically detected with a simple structure, and a multidirectional position detecting device suitable for use in the multidirectional position input device is provided.

【００１９】更に、光源と受光手段を結ぶ軸回りの相対
回転角の外に、軸方向の相対移動量を簡単な構成で光学
的に検出でき、上記多方向位置入力装置に用いて好適な
多方向位置検出装置を提供する。Further, in addition to the relative rotation angle around the axis connecting the light source and the light receiving means, the relative movement amount in the axial direction can be optically detected with a simple structure, which is suitable for the multidirectional position input device. A directional position detecting device is provided.

【００２０】[0020]

【課題を解決するための手段】以上の問題点を解決する
ため、請求項１の多方向位置入力装置は、上方が開口す
るケース本体と、上端部がケース本体から突出して手動
操作部となり、下端部に放射光を発光する光源が取り付
けられた操作スティックと、ケース本体に対し、操作ス
ティックを、互いに直交するＸ，Ｙ軸と操作スティック
の操作軸方向のいずれの軸回りにも独立して回動可能と
なるように支持する支持機構と、操作スティックに取り
付けられ、光源を覆う発光側偏光シートと、互いに独立
して放射光の受光量を検出する複数のセグメントからな
り、各セグメントがケース本体の内底面にＸ方向とＹ方
向にｉ行ｊ列のマトリックス状となるように配設された
受光手段と、受光手段の少なくとも１個のセグメントを
覆う受光側偏光シートと、アパーチャが穿設され、放射
光をアパーチャを通過させたスポット光として受光手段
に導光する遮蔽板とを備え、操作スティックをＸ軸回り
に回転させたときに、Ｙ方向の異なる列に配設された少
なくとも２個のセグメント間の受光量の差を回転の前後
で比較することによって、Ｘ軸回りの相対回転角（ＰＩ
ＴＣＨ）を検出し、操作スティックをＹ軸回りに回転さ
せたときに、Ｘ方向の異なる行に配設された少なくとも
２個のセグメント間の受光量の差を回転の前後で比較す
ることによって、Ｙ軸回りの相対回転角（ＲＯＬＬ）を
検出し、操作スティックを操作軸回りに回転させたとき
に、受光側偏光シートで覆われたセグメントの受光量を
回転の前後で比較することによって、操作軸回りの相対
回転角（ＹＡＷ）を検出し、操作スティックの操作に対
応して検出した相対回転角（ＲＯＬＬ），（ＰＩＴＣ
Ｈ），（ＹＡＷ）を、それぞれ多方向位置入力信号とし
て出力することを特徴とする。In order to solve the above problems, the multidirectional position input device according to claim 1 has a case main body having an upper opening, and an upper end protruding from the case main body to be a manual operation part. The operation stick having a light source that emits radiated light at the lower end, and the operation stick with respect to the case body, are independently provided around both the X and Y axes and the operation axis direction of the operation stick that are orthogonal to each other. It consists of a support mechanism that supports it so that it can rotate, a light-emitting side polarizing sheet that is attached to the operation stick and covers the light source, and a plurality of segments that detect the amount of radiated light received independently of each other. Light receiving means arranged on the inner bottom surface of the main body so as to form a matrix of i rows and j columns in the X direction and the Y direction, and a light receiving side polarization shield covering at least one segment of the light receiving means. And a shield plate that is provided with an aperture and guides the emitted light to the light receiving means as spot light that has passed through the aperture. When the operation stick is rotated around the X axis, different rows in the Y direction are provided. By comparing the difference in the amount of received light between at least two segments arranged in the front and rear before and after the rotation, the relative rotation angle (PI
TCH), and when the operation stick is rotated about the Y axis, by comparing the difference in the amount of received light between at least two segments arranged in different rows in the X direction before and after the rotation, By detecting the relative rotation angle (ROLL) around the Y-axis and comparing the received light amount of the segment covered with the light-receiving side polarizing sheet before and after the rotation when the operation stick is rotated around the operation axis, the operation is performed. The relative rotation angle (YAW) about the axis is detected, and the detected relative rotation angle (ROLL), (PITC) corresponding to the operation of the operation stick is detected.
H) and (YAW) are respectively output as multi-directional position input signals.

【００２１】操作スティックをＸ軸回りに回転させる
と、受光手段上のスポット光による照射部分は、Ｙ方向
に移動する。従って、Ｙ方向の異なる列に配設されたセ
グメント間の受光量の差は、Ｘ軸回りの操作ステッィク
の回転に伴って変化し、この受光量の差を回転の前後で
比較してＸ軸回りの相対回転角（ＰＩＴＣＨ）を検出す
ることができる。When the operation stick is rotated about the X axis, the spot irradiated with the spot light on the light receiving means moves in the Y direction. Therefore, the difference in the amount of received light between the segments arranged in different rows in the Y direction changes with the rotation of the operation stick around the X-axis, and the difference in the amount of received light before and after the rotation is compared to determine the X-axis. The relative rotation angle around (PITCH) can be detected.

【００２２】同様に、操作スティックをＹ軸回りに回転
させると、受光手段上のスポット光による照射部分は、
Ｘ方向に移動する。従って、Ｘ方向の異なる行に配設さ
れたセグメント間の受光量の差は、Ｙ軸回りの回転に伴
って変化し、この受光量の差を回転の前後で比較してＹ
軸回りの相対回転角（ＲＯＬＬ）を検出することができ
る。Similarly, when the operation stick is rotated around the Y-axis, the spot irradiated by the spot light on the light receiving means is
Move in the X direction. Therefore, the difference in the amount of received light between the segments arranged in different rows in the X direction changes with the rotation around the Y-axis, and the difference in the amount of received light before and after the rotation is compared to Y.
The relative rotation angle (ROLL) about the axis can be detected.

【００２３】受光側偏光シートで覆われたセグメントに
よるスポット光の受光量は、受光側偏光シートの偏光方
向と発光側偏光シートの偏光方向とがなす角度によって
変化する。従って、操作スティックを操作軸回りに回転
させると、発光側偏光シートが回転し、受光側偏光シー
トで覆われたセグメントの受光量が変化し、この受光量
を回転の前後で比較して、操作軸回りの相対回転角（Ｙ
ＡＷ）を検出することができる。The amount of spot light received by the segment covered with the light-receiving side polarizing sheet changes depending on the angle formed by the polarization direction of the light-receiving side polarizing sheet and the polarization direction of the light-emitting side polarizing sheet. Therefore, when the operation stick is rotated around the operation axis, the light emitting side polarizing sheet is rotated, and the light receiving amount of the segment covered by the light receiving side polarizing sheet is changed. The light receiving amount is compared before and after the rotation, and the operation is performed. Relative rotation angle around the axis (Y
AW) can be detected.

【００２４】請求項２の多方向位置入力装置は、操作ス
ティックを操作スティックの操作軸方向に移動させたと
きに、少なくとも１個のセグメントの受光量を移動の前
後で比較することによって、操作軸方向の移動量（ｚ）
を検出し、操作スティックの操作に対応して検出した相
対移動量（ｚ）を、多方向位置入力信号として出力する
ことを特徴とする。According to another aspect of the multi-directional position input device of the present invention, when the operation stick is moved in the direction of the operation axis of the operation stick, the amount of light received by at least one segment is compared before and after the movement, whereby the operation axis is moved. Amount of movement in direction (z)
Is detected and the relative movement amount (z) detected corresponding to the operation of the operation stick is output as a multi-directional position input signal.

【００２５】操作スティックを操作軸方向に移動させる
と、受光手段上のスポット光による照射強度が変化す
る。従って、受光手段のセグメントの受光量は、操作ス
ティックの操作軸方向の移動に伴って変化し、この受光
量を移動の前後で比較して操作軸方向の相対移動量
（ｚ）を検出することができる。When the operation stick is moved in the operation axis direction, the irradiation intensity of the spot light on the light receiving means changes. Therefore, the light receiving amount of the segment of the light receiving means changes with the movement of the operation stick in the operating axis direction, and this light receiving amount is compared before and after the movement to detect the relative movement amount (z) in the operating axis direction. You can

【００２６】請求項３の多方向位置入力装置は、ケース
本体は、Ｘ，Ｙガイド機構によって、アウターケース内
でＸ，Ｙ方向にのみ移動可能に案内され、操作スティッ
クをＸ，Ｙ方向に移動させたときに、連動してアウター
ケース内を移動するケース本体の移動量から操作スティ
ックのＸ，Ｙ方向の相対移動量（ｘ），（ｙ）を検出
し、操作スティックの操作に対応して検出した移動量
（ｘ），（ｙ）を、多方向位置入力信号として出力する
ことを特徴とする。In the multi-directional position input device of the third aspect, the case body is guided by the X and Y guide mechanism so as to be movable only in the X and Y directions within the outer case, and the operation stick is moved in the X and Y directions. When this is done, the relative movement amounts (x) and (y) of the operation stick in the X and Y directions are detected from the movement amount of the case body that moves in conjunction with the outer case, and the operation stick is operated accordingly. It is characterized in that the detected movement amounts (x) and (y) are output as a multidirectional position input signal.

【００２７】操作スティックをＸ，Ｙ方向に移動させる
と、ケース本体が、アウターケース内をＸ，Ｙガイド機
構に案内されながら、同方向に移動する。従って、ケー
ス本体のＸ，Ｙ方向の移動量は、操作スティックのＸ，
Ｙ方向の移動量に等しく、このケース本体のＸ，Ｙ方向
の移動量を検出することによって、操作スティックの
Ｘ，Ｙ方向の相対移動量（ｘ）（ｙ）を検出することが
できる。When the operation stick is moved in the X and Y directions, the case body moves in the same direction while being guided by the X and Y guide mechanism in the outer case. Therefore, the movement amount of the case body in the X and Y directions is
The relative movement amount (x) (y) of the operation stick in the X and Y directions can be detected by detecting the movement amount of the case body in the X and Y directions which is equal to the movement amount in the Y direction.

【００２８】請求項４の多方向位置検出装置は、放射光
を発光する光源と、複数のセグメントに分割され、各セ
グメントが互いに独立して放射光の受光量を検出する受
光手段と、アパーチャが穿設され、放射光をアパーチャ
を通過させたスポット光として受光手段に導光する遮蔽
板とからなり、各セグメントにおけるスポット光の受光
量から受光手段に対する光源の位置を検出する多方向位
置検出装置において、光源と少なくとも１個のセグメン
トをそれぞれ発光側偏光シートと受光側偏光シートで覆
い、受光手段と光源を結ぶ軸回りに、発光側偏光シート
と光源が回転したときに、偏光シートで覆われたセグメ
ントの受光量を回転の前後で比較することによって、受
光手段と光源を結ぶ軸回りの光源の相対回転角（ＹＡ
Ｗ）を検出することを特徴とする。According to another aspect of the multi-directional position detecting device of the present invention, the light source that emits the radiated light, the light receiving means that is divided into a plurality of segments, and each segment independently detects the amount of the radiated light received, and the aperture. A multi-directional position detecting device that is provided with a shield plate that guides radiated light to the light receiving means as spot light that has passed through the aperture, and detects the position of the light source with respect to the light receiving means from the amount of received spot light in each segment. In, the light source and at least one segment are covered with the light emitting side polarizing sheet and the light receiving side polarizing sheet, respectively, and when the light emitting side polarizing sheet and the light source are rotated about the axis connecting the light receiving means and the light source, By comparing the received light amount of each segment before and after the rotation, the relative rotation angle (YA
W) is detected.

【００２９】受光側偏光シートで覆われたセグメントに
よるスポット光の受光量は、受光側偏光シートの偏光方
向と発光側偏光シートの偏光方向とがなす角度によって
変化する。従って、光源とともに発光側偏光シートが回
転すると、受光側偏光シートで覆われたセグメントの受
光量が変化し、この受光量を回転の前後で比較して、光
源の相対回転角（ＹＡＷ）を検出することができる。The amount of spot light received by the segment covered by the light-receiving side polarizing sheet changes depending on the angle formed by the polarization direction of the light-receiving side polarizing sheet and the polarization direction of the light-emitting side polarizing sheet. Therefore, when the light emitting side polarizing sheet rotates together with the light source, the light receiving amount of the segment covered by the light receiving side polarizing sheet changes, and this light receiving amount is compared before and after the rotation to detect the relative rotation angle (YAW) of the light source. can do.

【００３０】請求項５の多方向位置検出装置は、受光手
段と光源を結ぶ軸方向に光源が移動したときに、少なく
とも１個のセグメントの受光量を移動の前後で比較する
ことによって、受光手段と光源を結ぶ軸方向の光源の相
対移動量（ｚ）を検出することを特徴とする。According to another aspect of the multi-directional position detecting device of the present invention, when the light source is moved in the axial direction connecting the light receiving means and the light source, the light receiving amount of at least one segment is compared before and after the movement, whereby the light receiving means is compared. It is characterized in that the relative movement amount (z) of the light source in the axial direction connecting the and the light source is detected.

【００３１】光源を、受光手段と光源を結ぶ軸方向に移
動させると、受光手段上のスポット光による照射強度が
変化する。従って、受光手段の受光量は、光源の前記軸
方向の移動に伴って変化し、この受光量を移動の前後で
比較して前記軸方向の相対移動量（ｚ）を検出すること
ができる。When the light source is moved in the axial direction connecting the light receiving means and the light source, the irradiation intensity of the spot light on the light receiving means changes. Therefore, the amount of light received by the light receiving means changes with the movement of the light source in the axial direction, and the amount of received light can be compared before and after the movement to detect the relative movement amount (z) in the axial direction.

【００３２】[0032]

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
る多方向位置入力装置１を図１乃至図１１で説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A multidirectional position input device 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 to 11.

【００３３】図１は、多方向位置入力装置１を示し、操
作スティック２の上端部に一体に取り付けられた操作摘
み３を、図のようにＸ、Ｙ方向及び操作スティックの操
作軸Ｚ方向と、Ｙ、Ｘ、Ｚ軸回りのそれぞれＲＯＬＬ、
ＰＩＴＣＨ、ＹＡＷの回転方向に自由に操作したとき
に、操作スティック２のこれら各方向の偏位を検出し、
検出した各偏位を多方向位置入力信号として、ＲＳ２３
２Ｃのシリアルケーブル４によって図示しないコンピュ
ータ装置へ出力するものである。多方向位置入力装置１
は、本発明に係る多方向位置検出装置を備え、このう
ち、ＹＡＷと操作軸Ｚ方向の相対移動量（ｚ）は、この
多方向位置検出装置によって検出する。FIG. 1 shows a multi-directional position input device 1, in which an operation knob 3 integrally attached to an upper end portion of an operation stick 2 is arranged in the X, Y directions and the operation axis Z direction of the operation stick as shown in the figure. , R around the Y, X, and Z axes,
When the PITCH and YAW are freely operated in the rotational direction, the deviation of the operation stick 2 in each of these directions is detected,
Each detected deviation is used as a multidirectional position input signal, and RS23
The data is output to a computer device (not shown) by the 2C serial cable 4. Multi-directional position input device 1
Includes a multi-directional position detecting device according to the present invention, of which the YAW and the relative movement amount (z) in the operation axis Z direction are detected by this multi-directional position detecting device.

【００３４】図２と図３は、多方向位置入力装置１をＹ
方向とＸ方向に沿ってそれぞれ切断した縦断面図であ
り、これらの図に示すように、上ケース５ａと下ケース
５ｂを嵌着させてなるアウターケース５内にケース本体
であるインナーケース６が収容されている。インナーケ
ース６は、上方が開口し、この開口部は、上ケース５ａ
から上方に突出する半球状のカバー６ａによって施蓋さ
れている。カバー６ａは、頂部が開口して操作スティッ
ク２と後述する復帰バネ２１を挿通させている。2 and 3 show the multi-directional position input device 1 in the Y direction.
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view cut along the X-direction and the X-direction. As shown in these drawings, an inner case 6 that is a case body is inserted into an outer case 5 formed by fitting an upper case 5a and a lower case 5b. It is housed. The inner case 6 is open at the upper side, and this opening is formed on the upper case 5a.
It is covered by a hemispherical cover 6a protruding upward from. The top of the cover 6a is opened, and the operation stick 2 and a return spring 21 described later are inserted therethrough.

【００３５】アウターケース５の内底面と、インナーケ
ース６の下面との間には、ＸＹスライドプレート７が積
層配置され、ＸＹスライドプレート７は、下ケース５ｂ
の内底面中央部に凹設されたＸ方向ガイド溝８ａに下面
に突設されたＸ方向ガイド凸条８ｂが嵌合し、Ｘ方向に
のみ摺動するように構成されている。また、インナーケ
ース６は、ＸＹスライドプレート７の上面に凹設された
Ｙ方向ガイド凸条９ａに下面のＹ方向ガイド溝９ｂが嵌
合し、ＸＹスライドプレート７上をＹ方向にのみ摺動す
るようになっている。従って、インナーケース６は、
Ｘ、Ｙガイド機構であるＸＹスライドプレート７に案内
されてアウターケース５に対して、Ｘ、Ｙ方向にのみ移
動可能となっている。An XY slide plate 7 is laminated between the inner bottom surface of the outer case 5 and the lower surface of the inner case 6, and the XY slide plate 7 includes the lower case 5b.
The X-direction guide groove 8a recessed in the center of the inner bottom surface of the is fitted with the X-direction guide ridge 8b protruding from the lower surface, and is configured to slide only in the X-direction. Further, in the inner case 6, the Y direction guide groove 9b on the lower surface fits into the Y direction guide ridge 9a recessed on the upper surface of the XY slide plate 7, and slides on the XY slide plate 7 only in the Y direction. It is like this. Therefore, the inner case 6
The outer case 5 is guided by an XY slide plate 7, which is an X, Y guide mechanism, and is movable only in the X, Y directions.

【００３６】アウターケース５のＸ方向と平行な内側面
には、対向するインナーケース６の外側面に向けて放射
光を発光する発光ダイオード１０ａとインナーケース６
で反射されたこの放射光を受光するフォトダイオード１
０ｂをユニット化したＹ方向移動検出ユニット１０が取
り付けられている（図２、図５参照）。On the inner side surface of the outer case 5 which is parallel to the X direction, a light emitting diode 10a which emits radiated light toward the outer side surface of the inner case 6 and the inner case 6 which face each other.
Photodiode 1 that receives this radiated light reflected by
A Y-direction movement detection unit 10 which is a unit of 0b is attached (see FIGS. 2 and 5).

【００３７】また、同様にアウターケース５のＹ方向と
平行な内側面には、対向するインナーケース６の外側面
に向けて放射光を発光する発光ダイオード１１ａとイン
ナーケース６で反射されたこの放射光を受光するフォト
ダイオード１１ｂをユニット化したＸ方向移動検出ユニ
ット１１が取り付けられている（図３、図５参照）。Similarly, on the inner surface of the outer case 5 parallel to the Y direction, the light-emitting diode 11a which emits radiated light toward the outer surface of the inner case 6 which opposes and the radiation reflected by the inner case 6 An X-direction movement detection unit 11 that is a unitized photodiode 11b that receives light is attached (see FIGS. 3 and 5).

【００３８】それぞれの発光ダイオード１０ａ、１１ａ
と対向するインナーケース６の外側面は、これらの素子
から発光された放射光を高い反射率で、かつムラなく反
射させるために、白色のプラスチック板（図示せず）が
接着剤により固着されている。Each of the light emitting diodes 10a and 11a
A white plastic plate (not shown) is fixed by an adhesive on the outer surface of the inner case 6 facing the inner case 6 in order to reflect the emitted light emitted from these elements with high reflectance and evenly. There is.

【００３９】本実施の形態では、白色のプラスチック板
を用いるが、銀色の粘着テープその他の反射シートを貼
り付けてもよく、また、インナーケース６自体が同様の
効果を奏するものであれば、特に別に設ける必要はな
い。In this embodiment, a white plastic plate is used, but a silver adhesive tape or other reflective sheet may be attached, and if the inner case 6 itself has the same effect, it is particularly preferable. There is no need to provide it separately.

【００４０】インナーケース６の内底面中央部には、イ
ンナーケース６と一体の受光ユニットホルダー１２によ
って支持された受光ユニット１３が備えられている。こ
の受光ユニット１３は、図６に示すようにベース基板１
４上に、４個のセグメント３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３
１Ｄに分割されたフォトダイオード３１が取り付けられ
ている。この４個のセグメント３１Ａ、３１Ｂ、３１
Ｃ、３１Ｄは、それぞれほぼ正方形の受光面を備え、同
図（ａ）のようにＸＹ方向に２行２列のマトリックス状
となるように配列されている。各セグメントは、互いに
独立して受光面で受光した放射光の受光量を検出するこ
とができるようになっていて、検出した受光量は光電変
換され、後述する中央処理回路５０へ出力される。At the center of the inner bottom surface of the inner case 6, a light receiving unit 13 supported by a light receiving unit holder 12 integrated with the inner case 6 is provided. As shown in FIG. 6, the light receiving unit 13 includes the base substrate 1
4 on the four segments 31A, 31B, 31C, 3
A photodiode 31 divided into 1D is attached. These four segments 31A, 31B, 31
C and 31D each have a substantially square light receiving surface, and are arranged in a matrix of 2 rows and 2 columns in the XY direction as shown in FIG. Each segment can detect the amount of radiated light received by the light receiving surface independently of each other, and the detected amount of received light is photoelectrically converted and output to a central processing circuit 50 described later.

【００４１】４個のセグメントの内の１個のセグメント
３１Ａは、受光側偏光シートである偏光フィルタ２７に
よってその受光面が覆われている。偏光フィルタ２７
は、図中破線で示す右上がり４５度の方向の偏光方向の
放射光を透過するので、同方向に偏光された放射光を受
光する。One of the four segments 31A has its light-receiving surface covered with a polarizing filter 27 which is a light-receiving side polarizing sheet. Polarizing filter 27
Transmits radiated light having a polarization direction of 45 degrees to the right, which is indicated by a broken line in the figure, and thus receives radiated light polarized in the same direction.

【００４２】４分割フォトダイオード３１の受光面は、
矩形のアパーチャ２８が穿設された遮蔽板２９で覆われ
ている。この遮蔽板２９は、導電性の金属板で形成さ
れ、入力インピーダンスが高い４分割フォトダイオード
３１の周囲も覆うもので、後述する光源２５から発光さ
れる放射光以外の光を遮断するとともに、外部からの電
磁ノイズを遮断するシールド作用を兼ねている。The light receiving surface of the four-division photodiode 31 is
A rectangular aperture 28 is covered with a shield plate 29 having a hole. The shield plate 29 is formed of a conductive metal plate and also covers the periphery of the four-division photodiode 31 having a high input impedance, and shields light other than radiated light emitted from the light source 25, which will be described later, and externally. Also serves as a shield that blocks electromagnetic noise from the.

【００４３】正方形のアパーチャ２８と４分割フォトダ
イオード３１の受光面は、互いに平行で、アパーチャ２
８を構成する各辺は、それぞれセグメントの配列方向で
あるＸ方向若しくは、Ｙ方向と平行となっている。The light receiving surfaces of the square aperture 28 and the quadrant photodiode 31 are parallel to each other, and the aperture 2
Each side forming 8 is parallel to the X direction or the Y direction, which is the arrangement direction of the segments.

【００４４】図４に示すように、インナーケース６の内
底面には、更に、両端から一対の支持板部１５ａ、１５
ｂを上方に向けて直角に折り曲げて形成したピッチ方向
支点ホルダー１５が取り付けられている。As shown in FIG. 4, the inner bottom surface of the inner case 6 is further provided with a pair of support plate portions 15a, 15 from both ends.
A pitch-direction fulcrum holder 15 formed by bending b upward at a right angle is attached.

【００４５】このピッチ方向支点ホルダー１５は、取り
付けネジ１６によってインナーケース６の内底面にＸ方
向に沿って取り付けられ、前述の受光ユニット１３との
干渉を避ける為、中央に逃げ孔１７が穿設されている。
また、一対の支持板部１５ａ、１５ｂには、それぞれ対
向位置にピッチ軸受け孔１５ｃ、１５ｄが穿設され、ロ
ールピッチ支点リング１８のピッチ軸１８ａ、１８ｂを
遊嵌させることによって、支持板部１５ａ、１５ｂ間で
ロールピッチ支点リング１８をＸ軸回り、すなわちＰＩ
ＴＣＨ方向に回動自在に支持している。The pitch-direction fulcrum holder 15 is attached to the inner bottom surface of the inner case 6 along the X direction by a mounting screw 16, and an escape hole 17 is formed in the center thereof in order to avoid interference with the light receiving unit 13 described above. Has been done.
In addition, pitch bearing holes 15c and 15d are formed in the pair of support plate portions 15a and 15b at opposed positions, respectively, and the pitch shafts 18a and 18b of the roll pitch fulcrum ring 18 are loosely fitted to the support plate portions 15a and 15a. , 15b around the roll pitch fulcrum ring 18 about the X axis, that is, PI
It is rotatably supported in the TCH direction.

【００４６】ロールピッチ支点リング１８は、図７に示
すように、ドーナツ板状に形成され、その中央の貫通孔
１８ｅに操作スティック２が挿通するようになってい
る。また、その周縁には、ピッチ軸１８ａ、１８ｂの突
出方向と直交するＹ方向に一対のロール軸１８ｃ、１８
ｄが突設され、ロール方向可動アーム１９の両端部に穿
設されたロール軸受け孔１９ａ、１９ｂに遊嵌すること
によって、ロール方向可動アーム１９をＹ軸回り、すな
わちＲＯＬＬ方向に回動自在に支持している（図２参
照）。As shown in FIG. 7, the roll pitch fulcrum ring 18 is formed in a donut plate shape, and the operation stick 2 is inserted into the through hole 18e at the center thereof. Further, on the peripheral edge thereof, a pair of roll shafts 18c, 18 in the Y direction orthogonal to the protruding direction of the pitch shafts 18a, 18b.
d is projected and is loosely fitted in the roll bearing holes 19a and 19b formed at both ends of the roll direction movable arm 19, so that the roll direction movable arm 19 is rotatable about the Y axis, that is, in the ROLL direction. Supports (see Figure 2).

【００４７】ロール方向可動アーム１９は、側面が半円
の円弧状となるように上方に湾曲され、その中央頂部に
は、操作スティック２を旋回自在に緩挿させるスリーブ
２０が固着されている。The roll-direction movable arm 19 is curved upward so that its side surface has a semicircular arc shape, and a sleeve 20 for loosely rotatably inserting the operation stick 2 is fixed to the central top of the arm.

【００４８】従って、スリーブ２０を挿通する操作ステ
ィック２は、インナーケース６に対し、ピッチ方向支点
ホルダー１５、ロールピッチ支点リング１８、ロール方
向可動アーム１９及びスリーブ２０を介して支持される
ことにより、互いに直交するＸ、Ｙ軸と操作スティック
２の操作軸（Ｚ軸）のいずれの軸回りにも独立して回動
が可能で、これらの部材が操作スティック２の支持機構
を構成している。これらの支持機構は、例えば引っ張り
バネなどにより構成される図示しない中立位置復帰機構
を備え、操作スティック２をＲＯＬＬ方向若しくはＰＩ
ＴＣＨ方向に傾斜させた後に、操作を解除すると、操作
スティック２は、中立位置復帰機構の作用によって、Ｘ
Ｙ平面に対して垂直に起立した待機位置に自動的に復帰
するようになっている。Therefore, the operation stick 2 through which the sleeve 20 is inserted is supported by the inner case 6 through the pitch direction fulcrum holder 15, the roll pitch fulcrum ring 18, the roll direction movable arm 19 and the sleeve 20. It is possible to rotate independently about any of the X and Y axes and the operation axis (Z axis) of the operation stick 2 which are orthogonal to each other, and these members constitute a support mechanism of the operation stick 2. These support mechanisms are provided with a neutral position returning mechanism (not shown) composed of, for example, a tension spring, and the operation stick 2 is moved in the ROLL direction or PI.
When the operation is released after tilting in the TCH direction, the operation stick 2 moves to the X position by the action of the neutral position returning mechanism.
It is designed to automatically return to a standby position that stands upright with respect to the Y plane.

【００４９】また、操作スティック２は、スリーブ２０
に遊嵌されることによって、その操作軸（Ｚ）方向にも
移動可能であり、操作摘み３とロール方向可動アーム１
９との間に挟入された復帰バネ２１によって、操作ステ
ィック２は、操作摘み３がインナーケース６の上方に突
出するように支持されている。Further, the operation stick 2 includes a sleeve 20.
It is also possible to move in the operation axis (Z) direction by being loosely fitted to the operation knob 3 and the roll direction movable arm 1.
The operation stick 2 is supported by the return spring 21 sandwiched between the operation stick 2 and the operation knob 3 so that the operation knob 3 projects above the inner case 6.

【００５０】図４に示すように、操作スティック２の下
端部には、取付ネジ２２によって支持プレート２３が水
平に取り付けられ、この支持プレート２３の下面に更に
発光ユニット２４が取り付けられている。発光ユニット
２４は、図６（ｂ）に示すように、放射光を発光する光
源である発光ダイオード２５と、発光ダイオード２５を
支持する基板２５ａと、発光ダイオード２５を覆う発光
側偏光シートである偏光フィルタ２６とからなってい
る。偏光フィルタ２６は、操作スティック２が待機位置
にあるときに、偏光方向はＸ方向と平行であり、発光ダ
イオード２５から発光される放射光をこの偏光方向に偏
光した放射光として透過させる。As shown in FIG. 4, a support plate 23 is horizontally attached to the lower end of the operation stick 2 by a mounting screw 22, and a light emitting unit 24 is further attached to the lower surface of the support plate 23. As shown in FIG. 6B, the light emitting unit 24 includes a light emitting diode 25 that is a light source that emits radiated light, a substrate 25a that supports the light emitting diode 25, and a polarization sheet that is a light emitting side polarizing sheet that covers the light emitting diode 25. It is composed of a filter 26. When the operation stick 2 is at the standby position, the polarization filter 26 has a polarization direction parallel to the X direction, and transmits radiation emitted from the light emitting diode 25 as radiation polarized in this polarization direction.

【００５１】支持プレート２３の周囲とピッチ方向支点
ホルダー１５との間には、４本の引っ張りバネ３０が等
間隔で掛け渡され、操作スティック２が操作軸Ｚ回りに
回動したときに、操作スティック２を待機位置へ復帰さ
せる。Between the periphery of the support plate 23 and the fulcrum holder 15 in the pitch direction, four tension springs 30 are bridged at equal intervals, and when the operation stick 2 rotates about the operation axis Z, the operation stick 2 is operated. Return the stick 2 to the standby position.

【００５２】また、待機位置で発光ダイオード２５は、
前述のアパーチャ２８と４分割フォトダイオード３１の
中心を通る鉛直線上の上方に位置するように構成されて
いる（図８（ａ）参照）。In the standby position, the light emitting diode 25 is
It is arranged above the vertical line passing through the centers of the aperture 28 and the four-division photodiode 31 (see FIG. 8A).

【００５３】図１１は、上述の各回路素子を駆動して、
操作スティック２の多方向の偏位を検出し、検出した各
偏位を多方向位置入力信号として出力する為の回路図で
ある。FIG. 11 shows driving of the above-mentioned circuit elements,
FIG. 6 is a circuit diagram for detecting multidirectional deviations of the operation stick 2 and outputting each detected deviation as a multidirectional position input signal.

【００５４】同図に示すように、Ｘ方向移動検出ユニッ
ト１１の発光ダイオード１１ａと、Ｙ方向移動検出ユニ
ット１０の発光ダイオード１０ａ及び光源である発光ダ
イオード２５のカソード側は、マイクロプロセッサーユ
ニットである中央処理回路５０の出力ポートに接続し、
中央処理回路から出力される制御信号によって駆動制御
される。As shown in the figure, the light-emitting diode 11a of the X-direction movement detecting unit 11, the light-emitting diode 10a of the Y-direction movement detecting unit 10 and the cathode side of the light-emitting diode 25, which is a light source, are central microprocessor units. Connected to the output port of the processing circuit 50,
The drive is controlled by a control signal output from the central processing circuit.

【００５５】発光ダイオード１０ａと発光ダイオード１
１ａからの放射光を受光するフォトダイオード１０ｂ、
１１ｂの出力側は、それぞれ対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、
３３の入力に接続して受光量を表す出力信号が増幅さ
れ、更に対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、３３の出力は、ゲイ
ン調整用アンプ３４、３５を介して、中央処理回路５０
の入力ポートに接続している。Light emitting diode 10a and light emitting diode 1
A photodiode 10b for receiving the emitted light from 1a,
The output side of 11b has a logarithmic type I / V amplifier 32,
The output signal representing the amount of received light is amplified by connecting to the input of 33, and the outputs of the logarithmic I / V amplifiers 32 and 33 are further fed to the central processing circuit 50 via the gain adjusting amplifiers 34 and 35.
Connected to the input port of.

【００５６】また、４分割フォトダイオード３１の各セ
グメント３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの出力もそれ
ぞれＩ／Ｖアンプ３６、３７、３８、３９に接続し、各
セグメントの受光量を表す出力信号が増幅され、中央処
理回路５０の入力ポートに出力するようになっている。The outputs of the segments 31A, 31B, 31C and 31D of the four-division photodiode 31 are also connected to the I / V amplifiers 36, 37, 38 and 39, respectively, and the output signal representing the amount of light received by each segment is amplified. The data is output to the input port of the central processing circuit 50.

【００５７】これらのアンプも電源制御ラインが、それ
ぞれ中央処理回路５０の出力ポートに接続し、中央処理
回路５０で駆動制御される。すなわち、中央処理回路５
０は、後述するいずれかの方向の偏位を検出する際にの
み、対応する発光ダイオードとフォトダイオードの出力
側に接続されたアンプを駆動させ、省電力化を図るもの
である。本実施の形態においては、このようにして、約
７ｍＡ以下で装置１全体を動作させることができ、本装
置を接続するコンピュータ側からＲＳ２３２Ｃのポート
のデータラインを介して電源の供給を受けることができ
る。従って、別電源を用意する必要がない。The power supply control lines of these amplifiers are connected to the output ports of the central processing circuit 50, respectively, and the central processing circuit 50 controls driving. That is, the central processing circuit 5
0 is intended to drive the amplifier connected to the output side of the corresponding light emitting diode and photodiode only when detecting a deviation in either direction described later to save power. In this embodiment, in this way, the entire device 1 can be operated at about 7 mA or less, and power can be supplied from the computer side connecting this device through the data line of the RS232C port. it can. Therefore, it is not necessary to prepare a separate power source.

【００５８】この為に、シリアルケーブル４と接続する
ＲＳ２３２Ｃインターフェース部４０のＤＴＲ及びＲＴ
Ｓデータラインを電圧レギュレータ４１に接続し、これ
らのライン上の電圧（＋６Ｖ〜＋１５Ｖ）を５Ｖの電源
に安定化して各回路に供給している。電圧レギュレータ
４１の出力は、中央処理回路５０とリファレンス電圧生
成回路４２に接続し、リファレンス電圧生成回路４２の
出力は、各セグメント３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ
カソードに接続し、基準電圧によって各セグメントの受
光量を表す信号を出力するようにしている。Therefore, the DTR and RT of the RS232C interface section 40 connected to the serial cable 4 are connected.
The S data lines are connected to the voltage regulator 41, and the voltages (+ 6V to + 15V) on these lines are stabilized to a 5V power source and supplied to each circuit. The output of the voltage regulator 41 is connected to the central processing circuit 50 and the reference voltage generation circuit 42, and the output of the reference voltage generation circuit 42 is each segment 31A, 31B, 31C, 31D.
It is connected to the cathode and outputs a signal indicating the amount of light received by each segment according to a reference voltage.

【００５９】中央処理回路５０は、既述の各制御を行う
とともに、各フォトダイオードから出力された受光量を
表す出力信号をＡ／Ｄ変換し、これを基に後述する方法
によって操作スティック２の各方向の偏位を算出し、算
出結果を多方向位置入力信号として、出力ドライバ４３
を経てＲＳ２３２Ｃインターフェース部４０へ出力す
る。The central processing circuit 50 performs the above-mentioned respective controls, A / D-converts the output signal representing the amount of received light output from each photodiode, and based on this, the operation stick 2 of the operation stick 2 is operated by the method described later. The deviation in each direction is calculated, and the calculation result is used as a multidirectional position input signal to output the driver 43.
To the RS232C interface section 40.

【００６０】尚、図中４４乃至４８は、アウターケース
５に取り付けられた押釦スイッチで、リセット信号やト
リガー信号などを手動で発生させる為のオプションスイ
ッチである。Incidentally, reference numerals 44 to 48 in the figure are push button switches attached to the outer case 5, which are optional switches for manually generating a reset signal, a trigger signal and the like.

【００６１】次に、このように構成された多方向位置入
力装置１と多方向位置検出装置によって、操作スティッ
ク２の各方向の偏位を検出する方法を説明する。Next, a method of detecting the deviation of the operation stick 2 in each direction by the multidirectional position input device 1 and the multidirectional position detecting device thus configured will be described.

【００６２】上述のように、待機位置で光源である発光
ダイオード２５は、アパーチャ２８と４分割フォトダイ
オード３１の中心を通る鉛直線上の上方に位置するの
で、４分割フォトダイオード３１の受光面中央には、こ
の放射光によって、図９（ａ）のように、アパーチャ２
８と相似形である正方形の光スポットが形成される。As described above, since the light emitting diode 25, which is the light source at the standby position, is located above the vertical line passing through the centers of the aperture 28 and the four-divided photodiode 31, it is located at the center of the light-receiving surface of the four-divided photodiode 31. As a result of this synchrotron radiation, as shown in FIG.
A square light spot that is similar to 8 is formed.

【００６３】この光スポットは、操作スティック２の操
作とともに、操作スティック２の操作方向と同方向に移
動する。すなわち、図８（ａ）の待機位置から、Ｙ軸回
りで図中時計方向に同図（ｂ）に示す位置まで操作ステ
ィック２を回転させたときの相対回転角ＲＯＬＬをφ、
反時計方向に同図（ｃ）に示す位置まで回転させたとき
の相対回転角ＲＯＬＬを−φとすると、光スポットは、
操作スティック２をＲＯＬＬ方向でφ回転させたときに
は、図９の（ａ）の位置から図９（ｂ）の位置に、−φ
回転させたときには図９（ｃ）の位置に移動する。This light spot moves in the same direction as the operation direction of the operation stick 2 as the operation stick 2 is operated. That is, the relative rotation angle ROLL when the operation stick 2 is rotated clockwise from the standby position in FIG. 8A to the position shown in FIG.
If the relative rotation angle ROLL when rotated counterclockwise to the position shown in FIG.
When the operation stick 2 is rotated by φ in the ROLL direction, −φ from the position of FIG. 9A to the position of FIG. 9B.
When rotated, it moves to the position shown in FIG. 9 (c).

【００６４】同様に、図８（ａ）の待機位置から、Ｘ軸
回りで図中紙面の奥行き方向に操作スティック２を回転
させたときの相対回転角ＰＩＴＣＨをψ、紙面の手前方
向に回転させたときの相対回転角ＰＩＴＣＨを−ψとす
ると、光スポットは、操作スティック２をＰＩＴＣＨ方
向でψ回転させたときには、図９の（ａ）の位置から図
９（ｄ）の位置に、−ψ回転させたときには図９（ｅ）
の位置に移動する。Similarly, the relative rotation angle PITCH when the operation stick 2 is rotated around the X axis in the depth direction of the paper surface in the figure from the standby position of FIG. 8A is rotated in the front direction of the paper surface by ψ. Assuming that the relative rotation angle PITCH is −ψ, the light spot is −ψ from the position of FIG. 9A to the position of FIG. 9D when the operation stick 2 is rotated in the PITCH direction by ψ. When rotated, FIG. 9 (e)
Move to the position.

【００６５】従って、マトリックス状に配置された各セ
グメントの行若しくは列毎の光スポットによる受光量の
差を求めれば、これらの相対回転角を求めることができ
る。Therefore, if the difference in the amount of light received by the light spots of each row or column of each segment arranged in a matrix is obtained, the relative rotation angle between them can be obtained.

【００６６】本実施の形態において、受光面は、２行２
列に配列された４個のセグメントに分割されているが、
ＲＯＬＬ、ＰＩＴＣＨの検出には、偏光フィルタ２６で
覆われたセグメント３１Ａは用いない。In the present embodiment, the light receiving surface is 2 rows by 2 rows.
It is divided into 4 segments arranged in rows,
The segment 31A covered with the polarization filter 26 is not used for detecting ROLL and PITCH.

【００６７】ＲＯＬＬ方向の待機位置からの相対回転角
φは、移動後の１行目の１列目のセグメント３１Ｂと２
列目のセグメント３１Ｃ間の受光量の差を回転の前後で
比較して求めることができ、 ｔａｎ φ＝α｛（Ｃ−Ｂ）／（Ｂ＋Ｃ）｝……（１） によって求める。The relative rotation angle φ from the standby position in the ROLL direction is determined by the segments 31B and 2 of the first row and the first column after the movement.
The difference in the amount of received light between the segments 31C in the column can be obtained by comparison before and after rotation, and tan φ = α {(C−B) / (B + C)} (1).

【００６８】また、ＰＩＴＣＨ方向の待機位置からの相
対回転角ψは、２列目の１行目のセグメント３１Ｃと２
行目のセグメント３１Ｄ間の受光量の差を回転の前後で
比較して求めることができ、 ｔａｎ ψ＝β｛（Ｃ−Ｄ）／（Ｃ＋Ｄ）｝……（２） によって求める。Further, the relative rotation angle ψ from the standby position in the PITCH direction is determined by the segments 31C and 2 in the first row in the second column.
The difference in the amount of received light between the segments 31D in the row can be determined by comparison before and after rotation, and tan ψ = β {(C−D) / (C + D)} (2).

【００６９】これらの（１）（２）式において、α、β
は、検出する相対角度の倍率となる補正係数であり、操
作スティック２を操作軸Ｚ方向に操作し、光スポットが
受光面から外れないように光源２５を最も接近させた状
態で最大の角度分解能が得られるように調整するもので
ある。アパーチャ２８が正方形である場合には、通常α
とβは、等しく設定する。尚、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ
セグメント３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで受光したスポット
光の受光量である。In these equations (1) and (2), α, β
Is a correction coefficient which is a magnification of the relative angle to be detected, and is the maximum angular resolution when the operation stick 2 is operated in the operation axis Z direction and the light source 25 is closest to the light receiving surface so that the light spot does not deviate from the light receiving surface. Is adjusted so that If the aperture 28 is square, then normally α
And β are set equal. In addition, B, C, and D are the light receiving amounts of the spot lights received by the segments 31B, 31C, and 31D, respectively.

【００７０】待機位置では、光スポットが４分割フォト
ダイオード３１の受光面中央にあるので、Ｂ＝Ｃ＝Ｄで
あり、上記（１）（２）式からφ、ψは、０である。従
って、待機位置に対するＲＯＬＬ方向とＰＩＴＣＨ方向
の相対回転角φ、ψは、上記（１）（２）式により直接
求めることができる。At the standby position, since the light spot is at the center of the light receiving surface of the four-divided photodiode 31, B = C = D, and φ and ψ are 0 from the above equations (1) and (2). Therefore, the relative rotation angles φ and ψ in the ROLL direction and the PITCH direction with respect to the standby position can be directly obtained by the above equations (1) and (2).

【００７１】中央処理回路５０は、セグメント３１Ｂ、
３１Ｃ、３１Ｄから出力され、Ｉ／Ｖアンプ３６、３
７、３８で増幅された各出力信号をＡ／Ｄ変換して、上
記（１）（２）式によってＲＯＬＬ方向の相対回転角φ
とＰＩＴＣＨ方向の相対回転角ψを算出し、多方向位置
入力信号としてＲＳ２３２Ｃインターフェース部４０へ
出力する。The central processing circuit 50 includes the segments 31B,
Output from 31C and 31D, I / V amplifiers 36 and 3
The output signals amplified by 7, 38 are A / D converted, and the relative rotation angle φ in the ROLL direction is calculated by the above equations (1) and (2).
And a relative rotation angle ψ in the PITCH direction are calculated and output to the RS232C interface unit 40 as a multidirectional position input signal.

【００７２】次に、操作スティック２を、操作スティッ
ク２の操作軸（Ｚ軸）回り（ＹＡＷ方向）に回転させる
と、操作スティックとともに光源である発光ダイオード
２５と、発光ダイオード２５を覆う偏光フィルタ２６が
旋回し、図１０に示すように、光スポットの偏光方向
も、操作スティック２の操作方向と同方向に回転する。Next, when the operation stick 2 is rotated around the operation axis (Z axis) (YAW direction) of the operation stick 2, the light emitting diode 25 which is the light source together with the operation stick, and the polarization filter 26 which covers the light emitting diode 25 are rotated. Rotates, and the polarization direction of the light spot also rotates in the same direction as the operation direction of the operation stick 2, as shown in FIG.

【００７３】図１０（ａ）の待機位置から、ＹＡＷ方向
で図中時計方向に同図（ｂ）に示す位置まで操作スティ
ック２を４５度回転させると、光スポットの偏光方向
は、セグメント３１Ａを覆う偏光フィルタ２７の偏光方
向と直交し、セグメント３１Ａでの受光量は最小とな
り、反時計方向の同図（ｃ）に示す位置まで４５度回転
させると、光スポットの偏光方向が偏光フィルタ２７の
偏光方向と一致して、セグメント３１Ａの受光量は最大
となる。When the operation stick 2 is rotated 45 degrees from the standby position in FIG. 10A to the position shown in FIG. 10B in the YAW clockwise direction, the polarization direction of the light spot is the segment 31A. It is orthogonal to the polarization direction of the covering polarization filter 27, the amount of light received by the segment 31A is minimum, and when rotated 45 degrees to the position shown in FIG. In accordance with the polarization direction, the amount of light received by the segment 31A is maximized.

【００７４】従って、セグメント３１Ａでの受光量の変
化を求めれば、これらの相対回転角を求めることができ
る。Therefore, if the change in the amount of received light in the segment 31A is obtained, these relative rotation angles can be obtained.

【００７５】本実施の形態においては、セグメント３１
Ａを含む対角線上のセグメントの受光量の和を、セグメ
ント３１Ａを含まない対角線上のセグメントの受光量の
和と比較して、セグメント３１Ａでの受光量の変化を求
める。In the present embodiment, the segment 31
The sum of the light receiving amounts of the diagonal segments including A is compared with the sum of the light receiving amounts of the diagonal segments not including the segment 31A, and the change in the light receiving amount in the segment 31A is obtained.

【００７６】すなわち、待機位置からＹＡＷ方向にθ回
転したとすると、待機位置からの相対回転角θは、 θ＝γ｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）｝−Ｋ0……（３） によって求める。That is, if it is assumed that θ rotation is made in the YAW direction from the standby position, the relative rotation angle θ from the standby position is θ = γ {(A + C)-(B + D) / (A + B + C + D)}-K 0 (3 ) By.

【００７７】この（３）式において、Ｋ0は、待機位置
における初期値で Ｋ0＝γ｛（Ａ0＋Ｃ0）−（Ｂ0＋Ｄ0）／（Ａ0＋Ｂ0＋Ｃ0＋Ｄ0）｝…（４） より求める。In the equation (3), K 0 is an initial value at the standby position K 0 = γ {(A 0 + C 0 )-(B 0 + D 0 ) / (A 0 + B 0 + C 0 + D 0 )} … Obtained from (4).

【００７８】上記（３）（４）式において、γは補正定
数、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ待機位置からθ回転し
たときのセグメント３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの
受光量、Ａ0、Ｂ0、Ｃ0、Ｄ0は、待機位置でのセグメン
ト３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄの受光量である。In the above equations (3) and (4), γ is a correction constant, and A, B, C, and D are the light receiving amounts of the segments 31A, 31B, 31C, and 31D when rotated by θ from the standby position, respectively, A 0 , B 0 , C 0 , D 0 are the light reception amounts of the segments 31A, 31B, 31C, 31D at the standby position.

【００７９】待機位置で、発光側の偏光シート２６の偏
光方向と、受光側の偏光シート２７の偏光方向を一致さ
せれば、待機位置でセグメント３１Ａの受光量は最大と
なり、（Ａ0＋Ｃ0）−（Ｂ0＋Ｄ0）＝０よりＫ0＝０と
なる。従って、（３）式は、 θ＝γ｛（Ａ＋Ｃ）−（Ｂ＋Ｄ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）｝……（５） と置き換えることができる。When the polarization direction of the light emitting side polarizing sheet 26 and the polarization direction of the light receiving side polarizing sheet 27 are made to coincide with each other at the standby position, the light receiving amount of the segment 31A becomes maximum at the standby position, and (A 0 + C 0 )-(B 0 + D 0 ) = 0, so that K 0 = 0. Therefore, the equation (3) can be replaced with θ = γ {(A + C) − (B + D) / (A + B + C + D)} (5).

【００８０】対角線上のセグメントの受光量の和（Ａ＋
Ｃ）とこれに直交する対角線上のセグメントの和（Ｂ＋
Ｄ）との差でセグメント３１Ａの受光量の変化を比較す
るのは、ＹＡＷ方向の回転と同時に、操作スティック２
が、ＰＩＴＣＨ方向若しくはＲＯＬＬ方向に偏位したと
きに、光スポットの移動による受光量の変化が、いずれ
の和にも等しく加わり、その影響を上記（３）（５）式
の算出において無視することができるからである。Sum of received light amount of segments on diagonal line (A +
C) and the sum of the diagonally orthogonal segments (B +
The difference in the amount of received light of the segment 31A is compared with the difference from D) is that the operation stick 2 is rotated simultaneously with the rotation in the YAW direction.
However, when it is deviated in the PITCH direction or the ROLL direction, the change in the amount of received light due to the movement of the light spot is added equally to any sum, and the influence should be ignored in the calculation of the above formulas (3) and (5). Because you can

【００８１】中央処理回路５０は、上記相対回転角φ、
ψの算出と同様に、セグメント３１Ａ、３１Ｂ、３１
Ｃ、３１Ｄから出力され、Ｉ／Ｖアンプ３６、３７、３
８、３９で増幅された各出力信号をＡ／Ｄ変換して、上
記（３）若しくは（５）式によってＹＡＷ方向の相対回
転角θを算出し、多方向位置入力信号としてＲＳ２３２
Ｃインターフェース部４０へ出力する。The central processing circuit 50 uses the relative rotation angle φ,
Similar to the calculation of ψ, the segments 31A, 31B, 31
Output from C, 31D, I / V amplifiers 36, 37, 3
Each output signal amplified by 8 and 39 is A / D converted, the relative rotation angle θ in the YAW direction is calculated by the equation (3) or (5), and RS232 is used as a multidirectional position input signal.
Output to the C interface unit 40.

【００８２】操作スティック２の操作軸（Ｚ軸）方向の
相対移動量（ｚ）は、フォトダイオード３１が受光した
光スポットの受光量で求めることができる。すなわち、
光源２５がフォトダイオード３１より遠ざかれば、受光
量（受光レベル）は、低下し、接近すれば増加するもの
で、フォトダイオード３１の受光量は、光源２５とフォ
トダイオード３１間の距離の２乗に反比例する。本実施
の形態においては、偏光方向の相違による受光量の変化
による影響を除くため、セグメント３１Ａを除く他のセ
グメント３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄでの受光量の総和を基
に、Ｚ軸方向の相対移動量ｚを求める。The relative movement amount (z) of the operation stick 2 in the operation axis (Z axis) direction can be obtained by the amount of light received by the light spot received by the photodiode 31. That is,
The light receiving amount (light receiving level) decreases when the light source 25 is farther from the photodiode 31, and increases when approaching the light source 25. The light receiving amount of the photodiode 31 is the square of the distance between the light source 25 and the photodiode 31. Inversely proportional to. In the present embodiment, in order to eliminate the influence of the change in the amount of received light due to the difference in polarization direction, the relative movement in the Z-axis direction is performed based on the total amount of received light in the other segments 31B, 31C, 31D excluding the segment 31A. Find the quantity z.

【００８３】すなわち、セグメント３１Ｂ、３１Ｃ、３
１Ｄの待機位置での受光量をＢ0、Ｃ0、Ｄ0、Ｚ軸方向
にｚ相対移動したときの受光量をＢz、Ｃz、Ｄzとすれ
ば、相対移動量ｚは、 ｚ＝｛δ（Ｂz＋Ｃz＋Ｄz）｝1/2−（Ｂ0＋Ｃ0＋Ｄ0）1/2……（６） により表される。That is, the segments 31B, 31C, 3
If the amount of light received at the 1D standby position is B 0 , C 0 , D 0 , and the amount of light received when z-relatively moved in the Z-axis direction is B z , C z , D z , the relative movement amount z is z = {Δ (B z + C z + D z )} 1/2 − (B 0 + C 0 + D 0 ) 1/2 (6)

【００８４】δは、相対移動位置において操作スティッ
ク２が傾けられているときの補正定数である。すなわ
ち、操作スティック２が、同時にＰＩＴＣＨ方向若しく
はＲＯＬＬ方向に偏位したときに、上述のように光スポ
ットの移動によって、また、フォトダイオード２５の放
射特性によって、セグメント３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄで
受ける総受光量が変化するもので、これを補正するもの
である。Δ is a correction constant when the operation stick 2 is tilted at the relative movement position. That is, when the operation stick 2 is simultaneously displaced in the PITCH direction or the ROLL direction, the total light reception received by the segments 31B, 31C, 31D is caused by the movement of the light spot as described above and by the radiation characteristic of the photodiode 25. The amount changes, and this is corrected.

【００８５】中央処理回路５０は、セグメント３１Ｂ、
３１Ｃ、３１Ｄから出力され、Ｉ／Ｖアンプ３７、３
８、３９で増幅された各出力信号をＡ／Ｄ変換して、上
記（６）式によってＺ方向の相対移動量ｚを算出し、多
方向位置入力信号としてＲＳ２３２Ｃインターフェース
部４０へ出力する。The central processing circuit 50 includes the segments 31B,
Output from 31C and 31D, I / V amplifiers 37, 3
The output signals amplified by 8, 39 are A / D converted, the relative movement amount z in the Z direction is calculated by the above equation (6), and output to the RS232C interface unit 40 as a multidirectional position input signal.

【００８６】操作スティック２のＸ、Ｙ方向の相対移動
量（ｘ）（ｙ）は、アウターケース５の内側面に取り付
けられたＸ方向移動検出ユニット１１とＹ方向移動検出
ユニット１０によって検出する。操作スティック２をＸ
方向若しくはＹ方向に操作すると、ＸＹスライドプレー
ト７によってインナーケース６が同方向に同量移動し、
前記移動検出ユニット１０、１１とインナーケース６の
外側面との距離が変化する。一方、このインナーケース
６との距離は、インナーケース６の外側面で反射される
発光ダイオード１０ａ、１１ａの放射光をフォトダイオ
ード１０ｂ、１１ｂで受光することによって求めること
ができる。すなわち、フォトダイオード１０ｂ、１１ｂ
の受光量は、インナーケース６の外側面との往復距離の
２乗に反比例し、この受光量の変化によって、それぞれ
Ｘ、Ｙ方向の相対移動量（ｘ）（ｙ）を求める。The relative movement amount (x) (y) of the operation stick 2 in the X and Y directions is detected by the X direction movement detecting unit 11 and the Y direction movement detecting unit 10 attached to the inner surface of the outer case 5. X operation stick 2
Direction or Y direction, the XY slide plate 7 moves the inner case 6 in the same direction by the same amount,
The distance between the movement detection units 10 and 11 and the outer surface of the inner case 6 changes. On the other hand, the distance from the inner case 6 can be obtained by receiving the emitted light of the light emitting diodes 10a, 11a reflected on the outer surface of the inner case 6 by the photodiodes 10b, 11b. That is, the photodiodes 10b and 11b
The amount of received light is inversely proportional to the square of the reciprocating distance from the outer surface of the inner case 6, and the relative amount of movement (x) (y) in the X and Y directions is obtained from the change in the amount of received light.

【００８７】発光ダイオード１０ａと発光ダイオード１
１ａからの放射光を受光するフォトダイオード１０ｂ、
１１ｂの出力側は、それぞれ対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、
３３の入力に接続して受光量を表す出力信号が増幅さ
れ、更に対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、３３の出力は、ゲイ
ン調整用アンプ３４、３５を介して、中央処理回路５０
の入力ポートに接続している。Light emitting diode 10a and light emitting diode 1
A photodiode 10b for receiving the emitted light from 1a,
The output side of 11b has a logarithmic type I / V amplifier 32,
The output signal representing the amount of received light is amplified by connecting to the input of 33, and the outputs of the logarithmic I / V amplifiers 32 and 33 are further fed to the central processing circuit 50 via the gain adjusting amplifiers 34 and 35.
Connected to the input port of.

【００８８】中央処理回路５０は、フォトダイオード１
０ｂ、１１ｂから出力され、対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、
３３とゲイン調整用アンプ３４、３５でそれぞれ増幅さ
れた出力信号をＡ／Ｄ変換して、上記によってＸ方向と
Ｙ方向の相対移動量ｘ、ｙを算出し、多方向位置入力信
号としてＲＳ２３２Ｃインターフェース部４０へ出力す
る。上述の通り、フォトダイオード１０ｂ、１１ｂの出
力信号は、インナーケース６との往復距離の２乗に反比
例して変化するが、対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、３３のダ
イオード電圧−電流対数特性を利用することによって、
対数型Ｉ／Ｖアンプ３２、３３の出力を、ほぼインナー
ケース６との距離に比例するように出力し、中央処理回
路５０における処理を容易にしている。The central processing circuit 50 includes the photodiode 1
0b, 11b, logarithmic type I / V amplifier 32,
33 and the gain adjusting amplifiers 34 and 35 respectively perform A / D conversion on the output signals, calculate the relative movement amounts x and y in the X direction and the Y direction by the above, and use the RS232C interface as a multidirectional position input signal. Output to the unit 40. As described above, the output signals of the photodiodes 10b and 11b change in inverse proportion to the square of the round trip distance with the inner case 6, but the diode voltage-current logarithmic characteristics of the logarithmic I / V amplifiers 32 and 33 are used. By,
The outputs of the logarithmic I / V amplifiers 32 and 33 are output so as to be substantially proportional to the distance from the inner case 6, and the processing in the central processing circuit 50 is facilitated.

【００８９】上記実施の形態においては、各フォトダイ
オード１０ａ、１１ａ、２５から発光される放射光は、
可視光に限らず、赤外領域など他の波長の光であっても
よい。In the above embodiment, the emitted light emitted from each of the photodiodes 10a, 11a and 25 is
The light is not limited to visible light and may be light of other wavelengths such as the infrared region.

【００９０】また、この発明は、上記実施の形態に限ら
ず、種々の変形が可能である。例えば受光手段には、フ
ォトダイオードを用いた例で説明したが、光の強度変化
を検出することができる素子であれば、これに限らず例
えばＣｄｓセル（光導電セル）など他の光電変換素子で
あってもよい。Further, the present invention is not limited to the above embodiment, but various modifications can be made. For example, although the photodiode is used as the light receiving means in the above description, it is not limited to this as long as it is an element capable of detecting a change in light intensity, and another photoelectric conversion element such as a Cds cell (photoconductive cell) is used. May be

【００９１】また、操作スティック２をケース本体に対
して、ＲＯＬＬ、ＰＩＴＣＨ、ＹＡＷの各方向及び操作
軸（Ｚ軸）方向に自由に操作させる機構としては、上記
実施の形態で詳述した支持機構に限らず、例えば、従来
例に示す様な球状体１０２を筺体１０３に対していずれ
の方向にも回動できるように支持し、球状体１０２に操
作スティック１０１を緩挿させるような支持機構であっ
てもよい。Further, as a mechanism for freely operating the operation stick 2 with respect to the case main body in each direction of ROLL, PITCH, YAW and the operation axis (Z axis) direction, the support mechanism described in detail in the above embodiment. Not limited to this, for example, a supporting mechanism that supports the spherical body 102 as shown in the conventional example so as to be rotatable in any direction with respect to the housing 103 and loosely inserts the operation stick 101 into the spherical body 102. It may be.

【００９２】更に、Ｘ、Ｙ相対移動量の検出には、光学
的な検知手段を用いたが、インナーケース６自体の相対
移動量を検出できるものであれば、公知の他の移動距離
検出手段を用いてもよい。Further, although the optical detecting means is used for detecting the X and Y relative movement amount, other known movement distance detecting means as long as the relative movement amount of the inner case 6 itself can be detected. May be used.

【００９３】更に、上記実施の形態では、受光手段に４
分割フォトダイオード３１の２行２列に配列された４個
のセグメントを用いて光スポットを検出したが、これに
限らず更に多くのセグメントに分割された受光素子を用
いてもよい。分割したセグメント数が増加すれば、操作
スティック若しくは光源の偏位の検出精度が向上する。Further, in the above embodiment, the light receiving means is
Although the light spot is detected using four segments of the divided photodiode 31 arranged in two rows and two columns, the invention is not limited to this, and a light receiving element divided into more segments may be used. As the number of divided segments increases, the accuracy of detecting the deviation of the operation stick or the light source improves.

【００９４】[0094]

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
光学的に操作スティック２のＲＯＬＬ、ＰＩＴＣＨ、Ｙ
ＡＷの各操作方向の相対回転角を検出することかできる
ので、角度検出素子を検出方向の軸毎に取り付ける必要
がなく、構成する部品点数を減らし、装置全体の小型化
が可能となる。従って、ゲーム機器などの入力装置に用
いることができる。As described above, according to the invention of claim 1,
Optically control stick 2 ROLL, PITCH, Y
Since it is possible to detect the relative rotation angle of the AW in each operation direction, it is not necessary to attach an angle detection element for each axis in the detection direction, the number of constituent parts can be reduced, and the overall size of the device can be reduced. Therefore, it can be used for an input device such as a game machine.

【００９５】更に、光学的に各操作方向の偏位を検出す
るために、操作スティックの操作に負荷が加わらず軽操
作で操作することができる。Further, since the deviation in each operation direction is optically detected, the operation of the operation stick can be performed by a light operation without applying a load.

【００９６】また、請求項２の発明によれば、請求項１
の発明に加えて、同じ光学検出素子である受光手段を用
いて、操作スティック２の操作軸（Ｚ軸）方向の相対移
動量を検出できるので、部品点数を増加させずに、更に
入力する自由度を増加させることができる。According to the invention of claim 2, claim 1
In addition to the above invention, since the relative movement amount of the operation stick 2 in the operation axis (Z axis) direction can be detected by using the light receiving means which is the same optical detection element, it is possible to further input without increasing the number of parts. The degree can be increased.

【００９７】請求項３の発明によれば、請求項１若しく
は２の発明に加えて、ＲＯＬＬ、ＰＩＴＣＨ、ＹＡＷ方
向の相対回転角の外に、更にＸ、Ｙ、Ｚの角軸方向の相
対移動量も同じ装置で検出することができ、６つの自由
度の操作入力について多方向位置入力信号を出力するこ
とができ、３次元の表示に対して更に細かい制御が可能
となる。According to the invention of claim 3, in addition to the invention of claim 1 or 2, in addition to the relative rotation angle in the ROLL, PITCH, and YAW directions, relative movement in the X, Y, and Z axis directions is performed. The amount can also be detected by the same device, a multi-directional position input signal can be output for operation inputs with six degrees of freedom, and finer control can be performed for a three-dimensional display.

【００９８】請求項４の発明によれば、光源の相対回転
角（θ）を光学的に検出することができるので、多方向
位置検出装置が小型化できる。特に、操作スティックに
光源を取り付ければ、操作スティックの旋回回転角
（θ）を操作スティックに負荷をかけずに検出すること
ができ、ゲーム機器などの入力装置に適用することがで
きる。According to the invention of claim 4, since the relative rotation angle (θ) of the light source can be optically detected, the multidirectional position detecting device can be downsized. In particular, if a light source is attached to the operation stick, the turning rotation angle (θ) of the operation stick can be detected without imposing a load on the operation stick, which can be applied to an input device such as a game machine.

【００９９】請求項５の発明によれば、請求項４の発明
に加えて、同じ光学検出素子である受光手段を用いて、
光源と受光手段との相対移動量（ｚ）を検出できるの
で、部品点数を増加させずに、別の方向から光源の偏位
を検出することができる。According to the invention of claim 5, in addition to the invention of claim 4, the light receiving means which is the same optical detecting element is used,
Since the relative movement amount (z) between the light source and the light receiving means can be detected, the deviation of the light source can be detected from another direction without increasing the number of parts.

【０１００】[0100]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の実施の形態に係る多方向位置入力装置
１全体の構成を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of a multidirectional position input device 1 according to an embodiment of the present invention.

【図２】多方向位置入力装置１をＹ方向に沿って切断し
た縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the multidirectional position input device 1 taken along the Y direction.

【図３】多方向位置入力装置１をＸ方向に沿って切断し
た縦断面図である。FIG. 3 is a vertical cross-sectional view of the multidirectional position input device 1 taken along the X direction.

【図４】図３の組立分解図である。FIG. 4 is an exploded view of FIG.

【図５】多方向位置入力装置１の部分破断概略図であ
る。5 is a partially cutaway schematic view of the multi-directional position input device 1. FIG.

【図６】受光ユニット１３の（ａ）は、平面図、（ｂ）
は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。FIG. 6A is a plan view of the light receiving unit 13, FIG.
[Fig. 4] is a sectional view taken along line AA of (a).

【図７】支持機構の斜視図である。FIG. 7 is a perspective view of a support mechanism.

【図８】操作スティック２のＲＯＬＬ方向の回動を表し
た説明図である。FIG. 8 is an explanatory view showing the rotation of the operation stick 2 in the ROLL direction.

【図９】４分割したフォトダイオード３１の光スポット
の位置を示し、それぞれ（ａ）は、操作スティック２が
待機位置にあるときの、（ｂ）は、操作スティック２を
ＲＯＬＬ方向にφ回転させたときの、（ｃ）は、操作ス
ティック２をＲＯＬＬ方向に−φ回転させたときの、
（ｄ）は、操作スティック２をＰＩＴＣＨ方向にψ回転
させたときの、（ｅ）は、操作スティック２をＰＩＴＣ
Ｈ方向に−ψ回転させたときの平面図である。9A and 9B show positions of light spots of a photodiode 31 divided into four parts. FIG. 9A shows the operation stick 2 at a standby position, and FIG. 9B shows the operation stick 2 rotated by φ in the ROLL direction. (C) when the operation stick 2 is rotated by -φ in the ROLL direction,
(D) shows the operation stick 2 rotated by ψ in the PITCH direction, and (e) shows the operation stick 2 with the PITC direction.
FIG. 6 is a plan view when rotated by −ψ in the H direction.

【図１０】操作スティック２をＹＡＷ方向に回転したと
きのセグメント３１Ａと発光ユニット２４との関係を示
すもので、（ａ）は、操作スティック２が待機位置にあ
るときの、（ｂ）は、操作スティック２をＹＡＷ方向に
４５度回転させたときの、（ｃ）は、操作スティック２
をＹＡＷ方向に−４５度回転させたときの、操作スティ
ック２と発光ユニット２４と４分割フォトダイオード３
１の平面図である。FIG. 10 shows the relationship between the segment 31A and the light emitting unit 24 when the operation stick 2 is rotated in the YAW direction. (A) shows the operation stick 2 at the standby position, and (b) shows the operation stick. When the operation stick 2 is rotated 45 degrees in the YAW direction, (c) shows the operation stick 2
Of the operation stick 2, the light emitting unit 24, and the four-division photodiode 3 when rotated by −45 degrees in the YAW direction.
1 is a plan view of FIG.

【図１１】多方向位置入力装置１の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of the multidirectional position input device 1.

【図１２】従来の多方向位置入力装置１００の断面図で
ある。FIG. 12 is a cross-sectional view of a conventional multidirectional position input device 100.

【図１３】他の従来例を示す斜視図である。FIG. 13 is a perspective view showing another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２ 操作スティック ３ 手動操作部 ５ アウターケース ６ ケース本体 ７ Ｘ，Ｙガイド機構 ２５ フォトダイオード（光源） ２６ 偏光フィルタ（発光側偏光シート） ２７ 偏光フィルタ（受光側偏光シート） ２８ アパーチャ ２９ 遮蔽板 ３１ ４分割フォトダイオード（受光手段） ３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ、３１Ｄ セグメント ＲＯＬＬ Ｙ軸回りの回転角 ＰＩＴＣＨ Ｘ軸回りの回転角 ＹＡＷ Ｚ軸回りの回転角 ｘ Ｘ方向の相対移動量 ｙ Ｙ方向の相対移動量 ｚ Ｚ軸方向の相対移動量 2 Operation stick 3 Manual operation part 5 Outer case 6 Case body 7 X, Y guide mechanism 25 Photodiode (light source) 26 Polarizing filter (light emitting side polarizing sheet) 27 Polarizing filter (light receiving side polarizing sheet) 28 Aperture 29 Shielding plate 314 Divided photodiodes (light receiving means) 31A, 31B, 31C, 31D Segment ROLL Rotation angle around Y axis PITCH Rotation angle around X axis YAW Rotation angle around Z axis x Relative movement amount in X direction y Relative movement amount in Y direction z Amount of relative movement in the Z-axis direction

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 上方が開口するケース本体（６）と、 上端部がケース本体（６）から突出して手動操作部
（３）となり、下端部に放射光を発光する光源（２５）
が取り付けられた操作スティック（２）と、 ケース本体（６）に対し、操作スティック（２）を、互
いに直交するＸ，Ｙ軸と操作スティック（２）の操作軸
方向のいずれの軸回りにも独立して回動可能となるよう
に支持する支持機構と、 操作スティック（２）に取り付けられ、光源（２５）を
覆う発光側偏光シート（２６）と、 互いに独立して放射光の受光量を検出する複数のセグメ
ント（３１Ａ〜３１Ｄ）からなり、各セグメントがケー
ス本体（６）の内底面にＸ方向とＹ方向にｉ行ｊ列のマ
トリックス状となるように配設された受光手段（３１）
と、 受光手段（３１）の少なくとも１個のセグメントを覆う
受光側偏光シート（２７）と、 アパーチャ（２８）が穿設され、放射光をアパーチャ
（２８）を通過させたスポット光として受光手段（３
１）に導光する遮蔽板（２９）とを備え、 操作スティック（２）をＸ軸回りに回転させたときに、
Ｙ方向の異なる列に配設された少なくとも２個のセグメ
ント間の受光量の差を回転の前後で比較することによっ
て、Ｘ軸回りの相対回転角（ＰＩＴＣＨ）を検出し、 操作スティック（２）をＹ軸回りに回転させたときに、
Ｘ方向の異なる行に配設された少なくとも２個のセグメ
ント間の受光量の差を回転の前後で比較することによっ
て、Ｙ軸回りの相対回転角（ＲＯＬＬ）を検出し、 操作スティック（２）を操作軸回りに回転させたとき
に、受光側偏光シート（２７）で覆われたセグメントの
受光量を回転の前後で比較することによって、操作軸回
りの相対回転角（ＹＡＷ）を検出し、 操作スティック（２）の操作に対応して検出した相対回
転角（ＲＯＬＬ），（ＰＩＴＣＨ），（ＹＡＷ）を、そ
れぞれ多方向位置入力信号として出力することを特徴と
する多方向位置入力装置。1. A case body (6) having an upper opening, and a light source (25) having an upper end protruding from the case body (6) to form a manual operation part (3) and emitting a radiant light to the lower end.
With respect to the operation stick (2) to which the is attached and the case body (6), the operation stick (2) can be mounted around both axes of the X and Y axes orthogonal to each other and the operation axis direction of the operation stick (2). A support mechanism for independently rotating the support, a light-emitting side polarizing sheet (26) attached to the operation stick (2) and covering the light source (25), and an amount of emitted light received independently of each other. The light receiving means (31) comprises a plurality of segments (31A to 31D) to be detected, and each segment is arranged on the inner bottom surface of the case body (6) so as to form a matrix of i rows and j columns in the X and Y directions. )
A light receiving side polarizing sheet (27) covering at least one segment of the light receiving means (31) and an aperture (28) are provided, and the light receiving means (the light receiving means as spot light passing through the aperture (28) ( Three
1) is provided with a shielding plate (29) for guiding light, and when the operation stick (2) is rotated around the X axis,
The relative rotation angle (PITCH) around the X axis is detected by comparing the difference in the amount of received light between at least two segments arranged in different rows in the Y direction before and after the rotation, and the operation stick (2) When is rotated around the Y axis,
By comparing the difference in the amount of received light between at least two segments arranged in different rows in the X direction before and after rotation, the relative rotation angle (ROLL) around the Y axis is detected, and the operation stick (2) When the is rotated about the operation axis, the relative rotation angle (YAW) about the operation axis is detected by comparing the light reception amount of the segment covered with the light receiving side polarization sheet (27) before and after the rotation, A multidirectional position input device, wherein relative rotation angles (ROLL), (PITCH), and (YAW) detected in response to the operation of the operation stick (2) are output as multidirectional position input signals, respectively. 【請求項２】 操作スティック（２）を操作スティック
（２）の操作軸（Ｚ）方向に移動させたときに、少なく
とも１個のセグメントの受光量を移動の前後で比較する
ことによって、操作軸方向の移動量（ｚ）を検出し、 操作スティック（２）の操作に対応して検出した相対移
動量（ｚ）を、多方向位置入力信号として出力すること
を特徴とする請求項１記載の多方向位置入力装置。2. When the operating stick (2) is moved in the operating axis (Z) direction of the operating stick (2), the amount of light received by at least one segment is compared before and after the movement, whereby The relative movement amount (z) detected in response to the operation of the operation stick (2) is output as a multidirectional position input signal by detecting the movement amount (z) in the direction. Multi-directional position input device. 【請求項３】ケース本体（６）は、Ｘ，Ｙガイド機構
（７）によって、アウターケース（５）内でＸ，Ｙ方向
にのみ移動可能に案内され、 操作スティック（２）をＸ，Ｙ方向に移動させたとき
に、連動してアウターケース（５）内を移動するケース
本体（６）の移動量から操作スティック（２）のＸ，Ｙ
方向の相対移動量（ｘ），（ｙ）を検出し、 操作スティック（２）の操作に対応して検出した移動量
（ｘ），（ｙ）を、多方向位置入力信号として出力する
ことを特徴とする請求項１又は、２記載の多方向位置入
力装置。3. The case body (6) is guided by an X, Y guide mechanism (7) so as to be movable only in the X and Y directions within the outer case (5), and the operation stick (2) is moved in the X and Y directions. The movement of the case body (6), which moves in the outer case (5) in conjunction with each other, in the X and Y directions of the operation stick (2).
The relative movement amounts (x) and (y) in the directions are detected, and the movement amounts (x) and (y) detected corresponding to the operation of the operation stick (2) are output as a multi-directional position input signal. The multidirectional position input device according to claim 1 or 2, which is characterized in that. 【請求項４】 放射光を発光する光源（２５）と、 複数のセグメント（３１Ａ〜３１Ｄ）に分割され、各セ
グメントが互いに独立して放射光の受光量を検出する受
光手段（３１）と、 アパーチャ（２８）が穿設され、放射光をアパーチャ
（２８）を通過させたスポット光として受光手段（３
１）に導光する遮蔽板（２９）とからなり、 各セグメントにおけるスポット光の受光量から受光手段
（３１）に対する光源（２５）の位置を検出する多方向
位置検出装置において、 光源（２５）と少なくとも１個のセグメントをそれぞれ
発光側偏光シート（２６）と受光側偏光シート（２７）
で覆い、受光手段（３１）と光源（２５）を結ぶ軸回り
に、発光側偏光シート（２６）と光源（２５）が回転し
たときに、偏光シートで覆われたセグメントの受光量を
回転の前後で比較することによって、受光手段（３１）
と光源（２５）を結ぶ軸回りの光源（２５）の相対回転
角（ＹＡＷ）を検出することを特徴とする多方向位置検
出装置。4. A light source (25) which emits radiant light, and a light receiving means (31) which is divided into a plurality of segments (31A to 31D), and each segment independently detects the amount of received radiant light. An aperture (28) is bored, and the light receiving means (3) is used as a spot light of the emitted light that has passed through the aperture (28).
A multi-directional position detection device comprising a shield plate (29) for guiding light to 1) and detecting the position of the light source (25) with respect to the light receiving means (31) from the amount of received spot light in each segment. And at least one segment as a light emitting side polarizing sheet (26) and a light receiving side polarizing sheet (27), respectively.
When the light-emitting side polarization sheet (26) and the light source (25) are rotated about the axis connecting the light receiving means (31) and the light source (25), the amount of light received by the segment covered with the polarization sheet is rotated. By comparing before and after, the light receiving means (31)
A multi-directional position detecting device, which detects a relative rotation angle (YAW) of a light source (25) around an axis connecting the light source (25) and the light source (25). 【請求項５】 受光手段（３１）と光源（２５）を結ぶ
軸方向に光源（２５）が移動したときに、少なくとも１
個のセグメントの受光量を移動の前後で比較することに
よって、受光手段（３１）と光源（２５）を結ぶ軸方向
の光源（２５）の相対移動量（ｚ）を検出することを特
徴とする請求項４記載の多方向位置検出装置。5. When the light source (25) moves in the axial direction connecting the light receiving means (31) and the light source (25), at least 1.
It is characterized in that the relative movement amount (z) of the light source (25) in the axial direction connecting the light receiving means (31) and the light source (25) is detected by comparing the light reception amount of each segment before and after the movement. The multidirectional position detection device according to claim 4.
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