JPH10122840A - 光学式センサ - Google Patents

光学式センサ

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JPH10122840A
JPH10122840A JP8282768A JP28276896A JPH10122840A JP H10122840 A JPH10122840 A JP H10122840A JP 8282768 A JP8282768 A JP 8282768A JP 28276896 A JP28276896 A JP 28276896A JP H10122840 A JPH10122840 A JP H10122840A
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optical sensor
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朗宏 藤田
Mitsuo Kobachi
光夫 小鉢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 操作部の大きな動きを広角度で高分解能でセ
ンシングできる光学式センサを実現する。 【解決手段】 凹面鏡24をガイド部材30で球面支持
する。凹面鏡24は支柱29b、連結板29aを介して
ステックに連結されており、ステックに連動して傾く。
凹面鏡24の上方には、フォトダイオード35,35お
予備発光ダイオード36からなるセンサ部26が設けら
れている。発光ダイオード36から出射された光は、凹
面鏡24で反射されてフォトダイオードに導かれる。凹
面鏡24の傾きによってフォトダイオード35に受光さ
れる光量が変化し、その検出出力が変化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、パーソナルコンピ
ュータ等における画面上のポインター等を移動させるた
めの入力装置やゲーム機の入力装置として好適な光学式
センサに関し、より詳しくはオペレータによって操作さ
れる操作部の動きを広角度、かつ高分解能でセンシング
できる一次元又は二次元の光学式センサに関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ等における画面上のポイン
ターを移動させる入力装置であるポインティングデバイ
スの従来例としては、ジョイステック及びステックタイ
プがある。
【0003】図17はジョイステック8を示しており、
ステック1をX軸方向へ動かすと、ステック1の動きが
ガイド2とシャフト3を介して回転方向及び回転数を検
出するロータリーエンコーダ4に伝わり、ロータリーエ
ンコーダ4の検出信号によってステック1のX軸方向に
おける回転方向と回転量が検出される構成になってい
る。Y軸方向も同様に、ステック1の動きがガイド5と
シャフト6を介してロータリーエンコーダ7に伝わり、
ロータリーエンコーダ7の検出信号によりステック1の
Y軸方向における回転方向と回転量が検出される構成に
なっている。
【0004】次に、図18に基づきロータリーエンコー
ダ4,7の検出原理について説明する。ステック1の動
きに連動してシャフト11が回転すると、シャフト11
に連結された回転板12が回転する。回転板12には複
数のスリット13,13…が放射状に形成されており、
回転板12を挟んで配置された2組の発光素子9及び受
光素子10にて発光素子9の光がスリット13によりパ
ルス信号になり、受光素子10で電気信号に変換され
る。この結果、パルス信号のカウント数に応じたステッ
ク1のX軸方向及びY軸方向における回転方向及び回転
量が電気的に検出される。
【0005】そして、ジョイステック8を入力装置とし
て備えたコンピュータの画面上では、ロータリーエンコ
ーダ4,7によって検出されたステック1のX軸方向及
びY軸方向の出力電気信号に応じてポインターが移動す
る。
【0006】図19はステックタイプ20の入力装置を
示す。このステックタイプ20は、首振り可能になった
笠状の操作部18、その下方に配設され、裏面中央部に
反射体取り付け用の穴が形成された弾性部17及びこの
穴に形成された反射体19を一体成形したホルダー20
aと、ホルダー20aを下面側より支持するベース基板
16と、ベース基板16の下面側に取り付けられたセン
サ部15で構成されている。
【0007】上記構成において、操作部18を傾ける
と、これに応じて弾性部17が弾性変形する結果、弾性
部17に形成された反射体19が操作部18と同方向に
傾き、この反射体19の傾きがセンサ部15にて検出さ
れ、検出信号が光電変換されて電気信号として取り出さ
れる。そして、この出力電気信号に応じてポインターが
移動する。
【0008】図20はセンサ部15を拡大して示す。こ
のセンサ部15は発光素子15aと、その上方に配設さ
れた受光素子15bを備えた光学式のセンサであり、受
光素子15bの上方にはレンズ22が配設されている。
また、図中23は2次モールドである。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のジョイステ
ック8を入力装置として用いる場合は、以下に示す問題
点がある。
【0010】(1)ロータリーエンコーダ4,7は回転
軸であるシャフト11を有するため、その回転域に邪魔
にならないような空間を設ける必要がある。このため、
この空間に起因してロータリーエンコーダ4,7を完全
に密閉することは困難である。この結果、内部へ塵埃が
侵入し易く、スリット13が目詰まりするおそれがある
ため、誤動作を発生し易く、信頼性を向上する上で限界
があった。
【0011】(2)回転板12に形成できるスリット1
3の本数に限界があるため、高分解能でセンシングでき
ない難点もある。
【0012】(3)ステック1の動きを2次元的に検出
するためには、X軸方向及びY軸方向の双方にロータリ
ーエンコーダを配設する必要があるため、部品点数が増
加することに起因して、装置構成の小型化及び省スペー
ス化を図る上での妨げとなっている。
【0013】また、上記従来のステックタイプ20を入
力装置として用いる場合は、以下に示す問題点がある。
【0014】(1)回転軸を有しないセンサ部15を用
いており、密閉構造とすることが可能であるため、ジョ
イステック8に見られるような塵埃の侵入に起因する誤
動作は発生しないが、ステックタイプ20は構造上、角
度検出が±10°と狭く広角度検出(広角度センシン
グ)が困難である。その理由は、反射体19が平面鏡で
あるため、操作部18と連動して傾斜する反射体の傾斜
角度が大きくなると、反射体からの反射光を受光素子1
5bに有効に導くことができないからである。
【0015】ここで、ステックタイプ20はゲーム機の
入力装置としても用いられるが、ゲーム機の入力装置と
しては、操作部13を大きく動かし、操作性を楽しむこ
とが要求される。特に子供ではその傾向が強い。
【0016】しかるに、上記従来のステックタイプ20
では、広角度センシングが不可能であるため、操作部1
8の操作量も制約されるため、ゲーム機の入力装置とし
ては改善する必要がある。
【0017】(2)上記従来のセンサ部15では、集光
手段として対物レンズ等のレンズ22が必要であり、ま
た2次モールド23も必要であるため、図20に示すよ
うに、厚みが比較的大きなt1となり、光学式センサ1
5の小型化及び薄型化を図る上でのネックになってい
た。
【0018】本発明はこのような現状に鑑みてなされた
ものであり、完全な密閉構造とすることができ、信頼性
を向上できる光学式センサを提供することを目的とす
る。
【0019】本発明の他の目的は、操作部の大きな動き
を広角度で高分解能でセンシングでき、特にゲーム機の
入力装置として好適な光学式センサを提供することにあ
る。
【0020】また、本発明の他の目的は、小型化及び薄
型化が図れ、コンピュータ装置等の入力装置として用い
る場合に、省スペース化が図れ、しかも操作性の向上が
図れる光学式センサを提供することにある。
【0021】
【課題を解決するための手段】本発明の光学式センサ
は、発光素子と該発光素子に対向配置された受光素子を
有し、固定配置されたセンサ部と、操作部に連結され、
該センサ部に対して移動する反射体とを備え、該反射体
が該発光素子からの出射光を該受光素子に導く凹面鏡で
あり、そのことにより上記目的が達成される。
【0022】また、本発明の光学式センサは、発光素子
と該発光素子に対して二次元的に対向配置された複数の
受光素子を有し、固定配置されたセンサ部と、操作部に
連結され、該センサ部に対して二次元的に移動する反射
体とを備え、該反射体が該発光素子からの出射光を該複
数の受光素子に導く凹面鏡であり、そのことにより上記
目的が達成される。
【0023】好ましくは、前記凹面鏡が支持体に回動自
在に球面支持される構成とする。
【0024】また、好ましくは、前記凹面鏡の曲率中心
と回転中心が偏位している構成とする。
【0025】また、好ましくは、前記凹面鏡の外側面に
前記回転中心に曲率中心を有する曲面からなる滑り面を
備え、かつ前記支持体の内側面にガイド面を形成した構
成とする。
【0026】また、好ましくは前記支持体にストッパ部
を設け、かつ前記凹面鏡に該ストッパ部に当接するスト
ッパ部材を設ける構成とする。
【0027】また、好ましくは、前記凹面鏡に立設した
支柱を介して該凹面鏡が前記操作部に連結され、前記セ
ンサ部がアームによって固定支持され、該アームが該操
作部及び該凹面鏡と共に一体的に移動する該支柱と干渉
しない位置に配設する構成とする。
【0028】好ましくは、前記センサ部、前記凹面鏡、
前記支持体、前記アーム及び前記支柱を含む部分を密閉
手段によって密閉する構成とする。
【0029】以下に、本発明の作用を説明する。
【0030】上記のように、反射体として凹面鏡を用い
ると、凹面鏡はそれ自体集光機能を有するので、対物レ
ンズ等のレンズが不要になる。従って、その分、センサ
部を薄型化でき、凹面鏡に近付けることができるので、
光学式センサ全体を薄型化できる。よって、光学式セン
サの小型化及び低コスト化を図る上で有利である。
【0031】また、凹面鏡は平面鏡とは異なり、傾斜さ
せても受光素子に反射光を有効に導くことができる。従
って、広角度、かつ高分解能のセンシングが可能にな
る。このため、操作部を広角度に傾けることができるの
で、例えばゲーム機の入力装置のように、広角度に傾け
ることが要請されている分野において特に好適なものに
なる。
【0032】また、コンピュータ装置のポインティング
デバイスとして使用する場合は、操作量に比較してポイ
ンタの移動量を相対的に小さくすることができるので、
その分、ポインタを精細に移動できる。即ち、入力装置
の感度を鈍くできる分、それだけ精細に移動できる。
【0033】また、光学式のため非接触で検出できるの
で、耐久性を向上できる。加えて、ロータリーエンコー
ダとは異なり、センサ部に回転軸が不要であるので、塵
埃が侵入することがない。従って、誤動作を発生するお
それがないので、長期にわたって高検出精度を発揮でき
るので、信頼性の向上が図れる。
【0034】また、受光素子を発光素子に対して2次元
に配置する構成によれば、1つのセンサ部で操作部の2
次元方向における傾き、つまり操作量を検出することが
できる。従って、ロータリーエンコーダとは異なり、一
つのセンサ部で済むので、省スペース化に容易に対応で
きる。
【0035】また、凹面鏡を球面支持すれば、凹面鏡及
びこれに連動する操作部を任意の方向に容易に移動させ
ることができる。
【0036】また、凹面鏡の曲率中心と回動中心を偏位
させる構成によれば、後述する実施形態の記載から明か
なように、センシング角度を容易に調整できるので、種
々の検出角度が要求される入力デバイスに対して幅広く
適用すること可能になる。
【0037】また、凹面鏡の外側面に回転中心に曲率中
心を有する曲面からなる滑り面を備え、かつ支持体の内
側面にガイド面を形成する構成によれば、操作部をスム
ーズに移動できるので、操作性を向上できる。
【0038】また、支持体にストッパ部を設け、かつ凹
面鏡にストッパ部に当接するストッパ部材を設ける構成
によれば、凹面鏡及び操作部が所定の傾斜角度で確実に
位置決めされるので、これらが不測に破損等されること
がない。
【0039】また、凹面鏡に立設した複数本の支柱を介
して凹面鏡が操作部に連結され、センサ部がアームによ
って固定支持され、アームが操作部及び凹面鏡と共に一
体的に移動する支柱と干渉しない位置に配設する構成に
よれば、操作部の傾斜角度を向上する上で有利な構造と
なる。
【0040】また、センサ部、凹面鏡、支持体、アーム
及び支柱を含む部分を密閉手段によって密閉する構成に
よれば、外乱光がセンサ部に検出されることがないの
で、検出精度の向上を図ることができる。
【0041】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づき具体的に説明する。
【0042】(実施形態1)まず、図1に基づきこの光
学式センサの基本的な構造について説明する。なお、図
1はあくまでも光学式センサの基本的な構造を概念的に
示すものであり、細部の具体的な形状等は後述の図面に
より明らかにされる。
【0043】図1に示すように、この光学式センサは、
上下に長い棒状のステック29と、ステック29の下端
部が中央部に連結された円形の連結板29aと、反射体
である凹面鏡24と、連結板29aと凹面鏡24とを連
結する4本の支柱29bと、ベースプレート27上に立
設されたアーム28と、L字状をなすアーム28の先端
側に取り付けられたセンサ部26とを備えている。
【0044】図2は上記基本構造に加え、その周囲の構
造も示している。即ち、ベースプレート27の周囲には
側壁27aが立設されており、ベースプレート27と側
壁17aによってケーシングが構成されている。ケーシ
ングの上面中央部は、ステック29等のX軸方向及びY
軸方向への移動を許可する開口が形成されている。
【0045】加えて、図2に示すように、連結板29a
には蛇腹32の上端部が連結され、蛇腹32の下端部は
ベースプレート27上に連結されている。このため、蛇
腹32によって、連結板29aより下方の部分は密閉さ
れている。従って、外乱光がセンサ部26にセンシング
されることもないので、検出精度が劣化することもな
い。
【0046】また、凹面鏡24はベースプレート27上
に固定配置されたガイド部材30によって球面支持され
ている。従って、ステック29を、例えばX軸方向,Y
軸方向に傾けると、これに伴って凹面鏡24がX軸方
向,Y軸方向に、例えば45゜ずつスムーズに傾く。
【0047】なお、ステック29は蛇腹32によってベ
ースプレート27に固定されているため、ステック29
自体が鉛直軸回りに360゜回転することはない。但
し、蛇腹32は変形性に優れているので、ステック29
をX軸方向及びY軸方向に、例えば45゜程度傾斜させ
る場合に邪魔になることがない。
【0048】また、アーム28は図1に示すように、複
数の支柱29b間の適宜の位置に配設されているので、
ステック29を45゜傾けても、図3に示すように、凹
面鏡24がアーム28に当接して、破損等されることが
ない。
【0049】なお、図3に示すように、凹面鏡24が4
5゜傾斜した場合に、アーム28との当接を可及的に回
避するために、アーム28の該当箇所は薄肉28aに形
成されている。
【0050】次に、図4〜図6に基づき、凹面鏡24、
ガイド部材30及びセンサ部26の詳細について説明す
る。凹面鏡24は中央部に穴を有する中空の半球状をな
し、上端部に半球体から延びる中空円板状の連結部33
が連設されており、この連結部33に支柱29b,29
bの下端部が連結されている。凹面鏡24の外側面25
はこの外側面と略同一の曲率半径を有するガイド面30
aを有するガイド部材30によって球面支持されてい
る。
【0051】加えて、ガイド面30aには、接触抵抗
(摩擦抵抗)を少なくするために、半球状の突起31が
複数設けられている。このため、凹面鏡24はいわば点
接触状でガイド部材30に球面支持される。従って、面
接触状態の場合に比べて摩擦抵抗を低減できるので、凹
面鏡24に連結されたステック29をスムーズに可動す
ることができる。
【0052】ここで、ガイド部材30の外側面には、傾
斜面からなる周回状のストッパ面34が形成されてい
る。凹面鏡24をステック29に連動して、例えば図6
(a),(b)に示すように、それぞれ+45゜、−4
5゜傾けると、いずれの場合においても、連結部30の
下面側がストッパ面34に当接し、凹面鏡24がそれ以
上傾斜できないようになっている。即ち、連結部33は
ストッパ部材としての機能も有する。このストッパ構造
により、過度の負荷による凹面鏡24等の破壊を確実に
防止できる。
【0053】次に、センサ部26について説明する。セ
ンサ部26は、アーム28の先端側に形成された垂下部
28bの下端部に配設され、発光ダイオード36とその
下方に対向配置されたフォトダイオード35で構成され
ている。フォトダイオード35はX軸方向及びY軸方向
それぞれに複数個(図示例では2個ずつ)配設されてい
る。
【0054】発光ダイオード36から下方に出射された
光は、凹面鏡24によって反射され、この反射光がフォ
トダイオード35によって検出される。ここで、本実施
形態の光学式センサは、ステック29の動きに連動し
て、凹面鏡24が傾き、その傾き角度によって4個のフ
ォトダイオード35によって受光される光量が変化する
ので、この変化量を検出することにより、凹面鏡24、
つまりステック29の傾き角を検出する検出原理を採用
している。但し、その詳細については後述する。
【0055】以上の説明では、凹面鏡24がセンサ部2
6の下方に配設された、いわば倒立型の光学式センサに
ついて説明したが、センサ部26の上方に凹面鏡24が
配設された、いわば正立構造の光学式センサについても
本発明を適用することができる。
【0056】図7は正立構造の光学式センサを示す。上
記倒立構造の光学式センサと対応する部分には同一の符
号を付してある。即ち、ベースプレート27上には、適
当な間隔を設けて立設された一対の部材からなるアーム
28が配設されており、このアーム28の間隔内に下方
に湾曲してなる凹面鏡24が支持されている。凹面鏡2
4の外側面にはステック29が連結されており、ステッ
ク29に連動して凹面鏡がX軸方向及びY軸方向に傾斜
できる構造になっている。
【0057】凹面鏡の下方に位置するベースプレート2
7上には、センサ部26が固定配置されている。このセ
ンサ部26は、下方の発光ダイオード36と、上方のフ
ォトダイオード36で構成されている。従って、このセ
ンサ部26は、回転軸がないので、完全な密閉構造とす
ることができる。よって、塵埃が侵入して誤動作を発生
することがない。
【0058】次に、図8〜図15に基づき、正立構造の
光学式センサを例にとって、本発明光学式センサの検出
原理について説明する。なお、検出原理については倒立
構造の光学式センサについても同様である。
【0059】まず、図8は本発明光学式センサの光線追
跡結果を示す。但し、同図(a)はステック29及び凹
面鏡24の傾斜角度が0゜の場合の光線追跡結果を示
し、同図(b)はステック29及び凹面鏡24の傾斜角
度が45゜の場合の光線追跡結果を示す。
【0060】同図(a)からわかるように、ステック2
9及び凹面鏡24の傾斜角度が0゜の場合、下方の発光
ダイオード36から上方に向けて出射され、凹面鏡24
によって下方に反射された反射光は図上左右のフォトダ
イオード35,35に均等に受光される状態になってい
る。
【0061】一方、同図(b)に示すように、ステック
29及び凹面鏡24の傾斜角度が45゜の場合、反射光
は図上右側のフォトダイオード35に受光され、左側の
フォトダイオード35には受光されない状態になってい
る。
【0062】従って、2つのフォトダイオード35,3
5の検出出力の差分をとれば、凹面鏡24、つまりステ
ック29の傾き角度を検出することができる。
【0063】なお、図8のシミュレーションに用いた光
学式センサの各部の仕様は以下の通りである。
【0064】凹面鏡24として、曲率半径R=4.7m
mのものを用い、曲率中心を光源(発光ダイオード3
6)の中心としている。また、凹面鏡24の回動中心O
と光源の中心、即ち曲率中心との距離L=0.7mmと
した。また、凹面鏡24の外側面の曲率半径は7mmで
ある(図4,図5参照)。
【0065】以下に検出原理の詳細を更に説明する。図
9及び図10に示すように、センサ部26は、4つのフ
ォトダイオード35,35…(以下ではPD1〜PD4
と称する)と1つの発光ダイオード36を上下2段に配
置した構造になっている。なお、具体的な配置構造につ
いては、本願出願人が先に提案した特願平8−7500
8号に詳述されているので、ここでは省略する。
【0066】ここで、4つのPD1〜PD4は、平面視
において、発光ダイオード36の中心(光源中心)の周
囲に90゜間隔で均等配置され、PD1,PD3及びP
D2,PD4がX軸方向に並置され、PD1,PD2及
びPD3,PD4がY軸方向に並置されている。
【0067】上記の配置構造において、発光素子36か
ら出射された光は、凹面鏡24にて反射され、PD1〜
PD4で受光されて電気信号に変換される。即ち、4つ
のPD1〜PD4が受光量に応じた電気信号を出力する
ようになっている。
【0068】図11は検出回路図を示す。PD1〜PD
4の検出出力の加算、減算が演算増幅器Aによって行わ
れるようになっている。
【0069】ここで、凹面鏡24の傾き角度によってP
D1〜PD4に受光されるスポット光は、図12
(a),(b)に示すように移動する。即ち、凹面鏡2
4がY軸回転する場合(Y軸を中心にしてX軸方向に傾
く場合)は、同図(a)に示すように、スポット光はX
軸方向に移動する。一方、凹面鏡24がX軸回転する場
合(X軸を中心にしてY軸方向に傾く場合)は、同図
(b)に示すように、スポット光はY軸方向に移動す
る。
【0070】スポット光が上記のように移動すると、図
13に示すように、X軸回転方向の各PD1〜PDの減
算出力((PD2+PD4)−(PD1+PD3))
と、Y軸回転方向の減算出力((PD1+PD2)−
(PD3+PD4))が変化するので、これを検出すれ
ば、凹面鏡24のX軸方向及びY軸方向の傾きを検出で
きることになる。
【0071】以下に角度検出のための具体的な演算方法
について説明する。
【0072】(1)下記(1)式で表されるX軸回転方
向の減算出力AXを算出する。 AX=(Isc(PD2)+Isc(PD4))−(Isc(PD1)+Isc(PD3)) …( 1)
【0073】(2)下記(2)式で表されるY軸回転方
向の減算出力AYを算出する。 AY=(Isc(PD1)+Isc(PD2))−(Isc(PD3)+Isc(PD4)) …( 2)
【0074】(3)下記(3)式で表されるX軸回転方
向とY軸回転方向の加算出力BX,Yを算出する。 BX,Y=Isc(PD1)+Isc(PD2)+Isc(PD3)+Isc(PD4) …(3)
【0075】(4)下記(4)式及び(5)でそれぞれ
表されるX軸回転方向及びY軸回転方向の減算出力の増
加量△X,△Yを算出する。 △X=AX/BX …(4) △Y=AY/BY …(5)
【0076】そして、下記(6)式で表される凹面鏡2
4の傾き角度に対する△X及び△Yのベクトル(合ベク
トルの方向及び絶対値)を求めれば、凹面鏡24、つま
りステック29の傾き方向及びその大きさ、即ち、傾く
角度を求めることができる。
【0077】 √{(AX/BX2+(AY/BY2} …(6) 次に、図14及び図15に基づき凹面鏡24の曲率中心
〜凹面鏡24の回転中心O迄の距離Lと、検出角度θの
関係について説明する。なお、図15の曲線は定性的な
曲線であり、図中のP点は凹面鏡24を傾けてもスポッ
ト光が移動しない点である。図15に示すように、スポ
ット光の動きは、P点を境にa側(光源中心からの距離
LがP点を基準にして増大する方向)とb側(光源中心
からの距離LがP点を基準にして減少する方向)で反転
している。
【0078】なお、凹面鏡24の曲率半径R=4.7m
mとした本実施形態の光学式センサによればL=0.1
mmの点がP点となる。
【0079】さて、距離Lがa側にある時、スポット光
は、凹面鏡24の傾き方向と逆方向に動く(図8参
照)。一方、距離Lがb側にある時は、スポット光は、
凹面鏡24の傾き方向と同じ方向へ動く。
【0080】ここで、上記の実施形態では、距離Lをa
側に設定してあり、検出角度θが±45゜であればよい
ので、図15より距離LをL=0.7mmに設定すれば
よいことがわかる。
【0081】なお、図15より、凹面鏡24の曲率中心
(光源中心)と回転中心Oをずらせば、センシング角
度、つまり検出角度θを任意に広くしたり、狭くしたり
することが可能になる。このことは、使用対象に応じて
適宜の検出角度θを容易に選択でき、種々の入力装置に
本発明の光学式センサが適用できることを意味してい
る。
【0082】図16は本実施形態の光学式センサのセン
サ部26を示す。本実施形態では、まず、反射体として
凹面鏡24を用いており、凹面鏡24は上記従来の平面
鏡とは異なり、集光機能を有するので、対物レンズ等の
レンズが不要になる。第2に、図20と図16を対比し
てみればわかるように、本実施形態では、従来必要であ
った2次モールドが不要になる。このため、センサ部2
6の厚みをt1からt2へ薄くできる。従って、小型、薄
型化及び低コストが可能になる。
【0083】また、上述の如く本実施形態の光学式セン
サによれば、±45゜といった広角度でセンシングでき
るので、±10゜といった従来例に比べてセンシング角
度を格段に向上することができる。そして、このことに
起因して、ステック29の傾き角度も大幅に向上でき
る。
【0084】(その他の実施形態)上記の実施形態1で
は、X軸方向及びY軸方向にそれぞれ2つのフォトダイ
オードを配置したが、3つ以上のフォトダイオードをそ
れぞれの方向に配置することも可能である。
【0085】また、上記の実施形態1では、X軸方向及
びY軸方向に複数のフォトダイオードを配置して2次元
センサを構成しているが、いずれか一方の方向に複数の
フォトダイオードを配置する構成とすることも可能であ
る。この場合は、一次元の広角度センシングが可能な光
学式センサを実現できる。
【0086】また、上記の実施形態1では、複数のフォ
トダイオードをスポット状に配置することにより、発光
ダイオードに対して2次元的に配置する構成としたが、
1つのエリアセンサをX軸方向及びY軸方向に配置する
ことによっても2次元の光学式センサを実現できる。
【0087】また、センサ部の構成要素としては、上記
の発光ダイオードとフォトダイオードの組み合わせに限
定されるものではない。
【0088】また、上記の実施形態1では、4本の支柱
を用いているが、支柱に所定の強度があれば、1本の支
柱で凹面鏡を支持する構成とすることも可能である。
【0089】
【発明の効果】以上の本発明光学式センサによれば、反
射体として凹面鏡を用いており、凹面鏡はそれ自体集光
機能を有するので、対物レンズ等のレンズが不要にな
る。従って、その分、センサ部を薄型化でき、凹面鏡に
近付けることができるので、光学式センサ全体を薄型化
できる。よって、光学式センサの小型化及び低コスト化
を図る上で有利である。
【0090】また、凹面鏡は平面鏡とは異なり、傾斜さ
せても受光素子に反射光を有効に導くことができる。従
って、広角度、かつ高分解能のセンシングが可能にな
る。このため、操作部を広角度に傾けることができるの
で、例えばゲーム機の入力装置のように、広角度に傾け
ることが要請されている分野において特に好適なものに
なる。
【0091】また、コンピュータ装置のポインティング
デバイスとして使用する場合は、操作量に比較してポイ
ンタの移動量を相対的に小さくすることができるので、
その分、ポインタを精細に移動できる。即ち、入力装置
の感度を鈍くできる分、それだけ精細に移動できる。
【0092】また、光学式のため非接触で検出できるの
で、耐久性を向上できる。加えて、ロータリーエンコー
ダとは異なり、センサ部に回転軸が不要であるので、塵
埃が侵入することがない。従って、誤動作を発生するお
それがないので、長期にわたって高検出精度を発揮でき
るので、信頼性の向上が図れる。
【0093】また、受光素子を発光素子に対して2次元
に配置する構成によれば、1つのセンサ部で操作部の2
次元方向における傾き、つまり操作量を検出することが
できる。従って、ロータリーエンコーダとは異なり、一
つのセンサ部で済むので、省スペース化に容易に対応で
きる。
【0094】また、特に請求項3記載の光学式センサに
よれば、凹面鏡を球面支持する構成をとるので、凹面鏡
及びこれに連動する操作部を任意の方向に容易に移動さ
せることができる。
【0095】また、特に請求項4記載の光学式センサに
よれば、凹面鏡の曲率中心と回動中心を偏位させる構成
をとるので、センシング角度を容易に調整できるので、
種々の検出角度が要求される入力デバイスに対して幅広
く適用すること可能になる。
【0096】また、特に請求項5記載の光学式センサに
よれば、凹面鏡の外側面に回転中心に曲率中心を有する
曲面からなる滑り面を備え、かつ支持体の内側面にガイ
ド面を形成する構成をとるので、操作部をスムーズに移
動できるので、操作性を向上できる。
【0097】また、特に請求項6記載の光学式センサに
よれば、支持体にストッパ部を設け、かつ凹面鏡にスト
ッパ部に当接するストッパ部材を設ける構成をとるの
で、凹面鏡及び操作部が所定の傾斜角度で確実に位置決
めされるので、これらが不測に破損等されることがな
い。
【0098】また、特に請求項7記載の光学式センサに
よれば、凹面鏡に立設した支柱を介して凹面鏡が操作部
に連結され、センサ部がアームによって固定支持され、
アームが操作部及び凹面鏡と共に一体的に移動する支柱
と干渉しない位置に配設する構成をとるので、操作部の
傾斜角度を向上する上で有利な構造となる。
【0099】また、特に請求項8記載の光学式センサに
よれば、センサ部、凹面鏡、支持体、アーム及び支柱を
含む部分を密閉手段によって密閉する構成をとるので、
外乱光がセンサ部に検出されることがないので、検出精
度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明光学式センサの基本的な構造を概念的に
示す斜視図。
【図2】(a)はステックの傾斜角度0゜の場合、
(b)はステックの傾斜角度−45゜の場合をそれぞれ
示す、倒立構造の本発明光学式センサの断面図。
【図3】ステックの傾斜角度−45゜の場合におけるア
ームと凹面鏡の位置関係を示す、倒立構造の本発明光学
式センサの断面図。
【図4】倒立構造の本発明光学式センサの下部構造を示
す断面図。
【図5】図4の部分拡大断面図。
【図6】(a)はステックの傾斜角度45゜の場合、
(b)はステックの傾斜角度−45゜の場合をそれぞれ
示す、倒立構造の本発明光学式センサの断面図。
【図7】正立構造の本発明光学式センサの断面図。
【図8】(a)はステックの傾斜角度0゜の場合、
(b)はステックの傾斜角度45゜の場合をそれぞれ示
す、光線追跡図。
【図9】センサ部の配置状態を示す平面図。
【図10】センサ部の配置状態を示す断面図。
【図11】センサ部の検出回路図。
【図12】(a)はY軸回転方向を、(b)はX軸回転
方向をそれぞれ示す、スポット光の移動方向を示す図。
【図13】傾き角度と検出出力との関係を定性的に示す
グラフ。
【図14】凹面鏡を45゜傾けた場合の光線を示す断面
図。
【図15】検出角度θと光源中心点からの距離Lとの関
係を示すグラフ。
【図16】本発明光学式センサの効果を説明するための
センサ部の断面図。
【図17】従来のジョイステックの構造を示す斜視図。
【図18】従来のロータリーエンコーダーの構造を示す
斜視図。
【図19】反射体として平面鏡を用いた従来のステック
タイプの構造を示す断面図。
【図20】従来のステックタイプのセンサ部の構造を示
す断面図。
【符号の説明】
24 凹面鏡 26 センサ部 27 ベースプレート 28 アーム 29 ステック 29b 支柱 30 ガイド部材 30a ガイド面 32 蛇腹 33 連結部 34 ストッパ面 35 (PD1〜PD4) フォトダイオード 36 発光ダイオード

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発光素子と該発光素子に対向配置された
    受光素子を有し、固定配置されたセンサ部と、 操作部に連結され、該センサ部に対して移動する反射体
    とを備え、 該反射体が該発光素子からの出射光を該受光素子に導く
    凹面鏡である光学式センサ。
  2. 【請求項2】 発光素子と該発光素子に対して二次元的
    に対向配置された複数の受光素子を有し、固定配置され
    たセンサ部と、 操作部に連結され、該センサ部に対して二次元的に移動
    する反射体とを備え、 該反射体が該発光素子からの出射光を該複数の受光素子
    に導く凹面鏡である光学式センサ。
  3. 【請求項3】 前記凹面鏡が支持体に回動自在に球面支
    持されている請求項1又は請求項2記載の光学式セン
    サ。
  4. 【請求項4】 前記凹面鏡の曲率中心と回転中心が偏位
    している請求項2又は請求項3記載の光学式センサ。
  5. 【請求項5】 前記凹面鏡の外側面に前記回転中心に曲
    率中心を有する曲面からなる滑り面を備え、かつ前記支
    持体の内側面にガイド面が形成されている請求項3又は
    請求項4記載の光学式センサ。
  6. 【請求項6】 前記支持体にストッパ部が設けられ、か
    つ前記凹面鏡に該ストッパ部に当接するストッパ部材が
    設けられている請求項3〜請求項5記載の光学式セン
    サ。
  7. 【請求項7】 前記凹面鏡に立設した支柱を介して該凹
    面鏡が前記操作部に連結され、前記センサ部がアームに
    よって固定支持され、該アームが該操作部及び該凹面鏡
    と共に一体的に移動する該支柱と干渉しない位置に配設
    されている請求項1〜請求項6記載の光学式センサ。
  8. 【請求項8】 前記センサ部、前記凹面鏡、前記支持
    体、前記アーム及び前記支柱を含む部分が密閉手段によ
    って密閉されている請求項1〜請求項7記載の光学式セ
    ンサ。
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