JP2004014448A

JP2004014448A - 光検出型多方向スイッチ

Info

Publication number: JP2004014448A
Application number: JP2002169980A
Authority: JP
Inventors: Satoru Sakamoto; 坂本　哲; Yukiharu Hayashi; 林　幸春
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2004-01-15

Abstract

【課題】安価にして半永久的な寿命を有し、さらには信号処理を高速かつ正確に行うことが可能な光検出型多方向スイッチを提供する。
【解決手段】光検出型多方向スイッチを、スティック状の操作部１と、当該操作部１と一体に形成されたスライダ２と、配線基板３と、当該配線基板３に実装された１つの発光素子４及び８個の受光素子５ａ〜５ｈと、前記配線基板３の受発光素子実装面に被着されたホルダ６とから構成する。操作部１の操作方向に応じてスライダ２をスライドさせ、発光素子４より出射された光を受光する受光素子と受光しない受光素子の組合せを切り替える。
【選択図】　　　　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置のカーソル操作手段などに適用される光検出型多方向スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えばカーナビゲーションシステムなどの情報処理装置のカーソル操作手段としては、金属接点を有する機械式の多方向スイッチが多く用いられてきたが、機械式のスイッチは、接点摩耗の発生が不可避であるため、長期間の使用によってスイッチ機能が劣化する。接点寿命は、約２０万回といわれている。これに対して、金属接点を有さず、操作部の操作方向及び操作量を光電方式で検出する光検出型のコンピュータ用入力装置も従来より提案されている。
【０００３】
図１３及び図１４を用いて、従来より提案されている光検出型のコンピュータ用入力装置の一例を説明する。図１３から明らかなように、本例のコンピュータ用入力装置は、キーボード１０１にゴム状の支持部１０２を介して揺動自在に設けられたスティック状の操作部１０３と、当該操作部１０３の下端部に固着された反射板１０４と、キーボード１０１内の前記操作部１０３の設定部と対向する部分に設定された光センサ１０５とから主に構成されている。光センサ１０５は、ＬＥＤ（発光ダイオード）１０６と、当該ＬＥＤ１０６を挟んでその両側に配置された２次元位置検出用ＰＳＤ（位置検出素子）１０７及び１次元位置検出用ＰＳＤ１０８と、これらの各素子１０６，１０７，１０８を収納するケース１０９とから構成されており、前記ケース１０９の上面には、前記ＬＥＤ１０６より出射された光を前記反射板１０４に向けて通過させる光出射孔１１０と、前記反射板１０４にて反射された光を前記２次元位置検出用ＰＳＤ１０７に向けて通過させる第１の反射光通過孔１１１と、前記反射板１０４にて反射された光を前記１次元位置検出用ＰＳＤ１０８に向けて通過させる第２の反射光通過孔１１２とが開口されている。
【０００４】
図１４に示すように、ＬＥＤ１０６より出射され、反射板１０４にて反射された光の２次元位置検出用ＰＳＤ１０７への入射位置及び１次元位置検出用ＰＳＤ１０８への入射位置は、反射板１０４の傾斜角度、即ち操作部１０３の操作角度に応じて変化する。例えば、反射板１０４がＡの傾斜状態にあるときには、ＰＳＤ１０７，１０８への反射光の入射位置は実線矢印で示される位置になり、反射板１０４がＢの傾斜状態にあるときには、ＰＳＤ１０７，１０８への反射光の入射位置は破線矢印で示される位置になる。ＰＳＤ１０７，１０８は、入射した光エネルギに比例した電荷を光の入射位置に発生し、この電荷は光電流として電極より出力されるので、光電流を電極までの距離に逆比例するように分割して取り出すことにより、光の入射位置を求めることができる。したがって、本例のコンピュータ用入力装置を用いれば、操作部１０３の操作方向及び操作角度に応じた信号をコンピュータに入力することができる。
【０００５】
このコンピュータ用入力装置は、金属接点を有しないので、接点摩耗の発生ということが原理的にあり得ず、ほぼ半永久的な寿命を有する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来例に係るコンピュータ用入力装置は、受光素子として複雑な信号処理回路を必要とし、かつ高価なＰＳＤ１０７，１０８を用いているので、製品コストが高価になるという不都合がある。また、複雑な信号処理回路を必要とすることから、信号処理を高速かつ正確に行うことが難しいという不都合もある。
【０００７】
本発明は、かかる技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、安価にして半永久的な寿命を有し、さらには信号処理を高速かつ正確に行うことが可能な光検出型多方向スイッチを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、多方向に操作可能な操作部と、発光素子及び複数個の受光素子が実装された配線基板と、前記操作部により前記配線基板の受発光素子実装面に沿ってスライド操作されるスライダとを備え、前記スライダに、前記操作部の操作方向に応じて特定の１乃至複数個の前記受光素子に前記発光素子より放射された光を入射する光反射部と、前記操作部の操作方向に応じて他の特定の１乃至複数個の前記受光素子への前記発光素子より放射された光の入射を遮断する光遮断部とを形成するという構成にした。
【０００９】
このように、配線基板の受発光素子実装面に沿ってスライド操作されるスライダに光反射部と光遮断部とを備え、操作部の操作方向に応じて特定の受光素子に発光素子より放射された光を入射すると共に、他の特定の受光素子への発光素子より放射された光の入射を遮断すると、無接点で光検出型多方向スイッチをオンオフ操作することができるので、原理的に接点摩耗が発生せず、半永久的な寿命を帯有することができる。また、受光素子として複雑な信号処理回路を必要とせず、かつ高価なＰＳＤを用いることなく操作部の操作方向を確実に検出することができるので、コンピュータ用入力装置としての光検出型多方向スイッチを安価に製造することができる。さらに、複雑な信号処理回路を必要としないことから、高速かつ正確な信号処理を行うことができ、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記構成の光検出型多方向スイッチにおいて、前記配線基板の受発光素子実装面に、前記発光素子及び前記受光素子を個々に収容可能な透孔が開設された遮光体よりなるホルダを備えるという構成にした。
【００１１】
このように、配線基板の受発光素子の実装面に発光素子及び受光素子を個々に収容可能な透孔が開設された遮光体よりなるホルダを備えると、発光素子から受光素子への不正な光の漏れ込みをより確実に防止できるので、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。
【００１２】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記構成の光検出型多方向スイッチにおいて、前記スライダと前記ホルダとの間に、前記スライダを所定の可動方向に案内するための案内手段を設けるという構成にした。
【００１３】
このように、スライダとホルダとの間にスライダを所定の可動方向に案内するための案内手段を設けると、スライダひいては操作部をより確実に所定の操作方向に操作することができるので、操作部の誤操作が防止され、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記構成の光検出型多方向スイッチにおいて、前記操作部と前記スライダとを一体に形成するという構成にした。
【００１５】
このように、操作部とスライダとを一体に形成すると、操作部とスライダとの間にリンク部材を備える必要がないので、光検出型多方向スイッチの小型化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明は、前記の課題を解決するため、前記構成の光検出型多方向スイッチにおいて、前記複数個の受光素子を前記発光素子の設定部を中心とする円周上に配置するという構成にした。
【００１７】
このように、複数個の受光素子を発光素子の設定部を中心とする円周上に配置すると、スライダを発光素子の設定部を中心として放射状にスライドさせることによって多方向スイッチの切り替えを行うことができるので、光検出型多方向スイッチの構造の簡略化と小型化とを図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光検出型多方向スイッチの第１実施形態例を、図１乃至図７に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの分解斜視図、図２は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる発光素子及び受光素子の配列を示す配線基板の平面図、図３は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられるスライダの底面図、図４は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの非操作状態の要部断面図、図５は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの操作状態の要部断面図、図６は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの動作説明図、図７は第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【００１９】
図１に示すように、第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、スティック状の操作部１と、当該操作部１と一体に形成されたスライダ２と、配線基板３と、当該配線基板３に実装された１つの発光素子４及び８個の受光素子５ａ〜５ｈと、前記配線基板３の受発光素子実装面に被着されたホルダ６とから主に構成されている。
【００２０】
８個の受光素子５ａ〜５ｈは、図２に示すように、配線基板３上における発光素子４の設定部を中心とする円周上に等分に配置される。発光素子４としては、ＬＥＤ又はＩＲＥＤ（赤外線発光ダイオード）などを用いることができ、受光素子５ａ〜５ｈとしては、フォトダイオードなどを用いることができる。
【００２１】
ホルダ６は、例えば遮光性が付与されたプラスチックの成形体等をもって構成されており、その中心部分には、前記配線基板３上に配列された発光素子４を収容するための透孔１１が開設され、当該透孔１１の周囲には、前記配線基板３上に配列された受光素子５ａ〜５ｈを個々に収容するための透孔１２ａ〜１２ｈが開設されている。また、前記透孔１２ａ〜１２ｈよりも外周には、スライダ２のスライド方向を規制するための放射状のスライド規制溝１３が形成されている。スライド規制溝１３の放射方向は、発光素子４の設定位置に対する８個の受光素子５ａ〜５ｈの設定方向と合致するように形成される。
【００２２】
スライダ２の下面中央部には、図３乃至図５に示すように平面形状が放射状で断面形状が円弧形をなす光反射部１４が形成され、その外周部下面には、ホルダ６の上面と接する光遮断部１５が形成されている。また、前記光遮断部１５の外周には、前記スライド規制溝１３に係合するための係合突起１６が突設されている。前記光反射部１４の放射方向は、図６（ａ）に示すように、発光素子４の設定位置に対する８個の受光素子５ａ〜５ｈの設定方向と合致するように形成される。操作部１及びスライダ２は、少なくとも光反射部１４及び光遮断部１５に発光素子４より出射される光を反射する光反射性が付与された材料をもって形成される。即ち、操作部１及びスライダ２は、金属材料をもって形成することもできるし、光反射性を有する樹脂材料をもって形成することもできる。さらには、光反射部１４及び光遮断部１５に金属膜が被着された樹脂材料をもって形成することもできる。なお、操作部１は、当該光検出型多方向スイッチが備えられる情報処理装置、例えばカーナビゲーションシステムの筐体等に取り付けられる。
【００２３】
次に、前記のように構成された第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの動作について説明する。
【００２４】
図４及び図６（ａ）に示すように、係合突起１６がスライド規制溝１３の中央部に位置している場合には、ホルダ６に開設された透孔１１及び透孔１２ａ〜１２ｈのいずれもがスライダ２に形成された光遮断部１５によって遮蔽されておらず、発光素子４及び全ての受光素子５ａ〜５ｈがスライダ２に形成された光反射部１４内にあって、発光素子４より出射された光が各受光素子５ａ〜５ｈに均等に入射される。この状態から操作部１を操作し、スライダ２をスライド規制溝１３に沿って受光素子５ａの配設方向にスライドすると、図５及び図６（ｂ）に示すように、ホルダ６に開設された透孔１２ｂ〜１２ｈがスライダ２に形成された光遮断部１５によって遮蔽され、発光素子４より出射された光が受光素子５ａにのみ入射される。したがって、受光素子５ａと、発光素子４を介して当該受光素子５ａと対向に配置された受光素子５ｅの出力を検出することによって、操作部１が受光素子５ａの設定方向に操作されたことを検知することができる。スライダ２が他の受光素子の配設方向にスライドされた場合も同様であり、これによって操作部１の操作方向を知ることができる。
【００２５】
図７に、操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｈの受光状態との関係をまとめて示す。この図において、○印は発光素子４より出射された光を受光している受光素子、×印は発光素子４より出射された光を受光していない受光素子を示している。この図から明らかなように、操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｈの受光状態とが１対１に対応しており、操作部１の操作方向を確実に知ることができる。
【００２６】
前記第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、配線基板３の受発光素子実装面に沿ってスライド操作されるスライダ２に光反射部１４と光遮断部１５とを備え、操作部１の操作方向に応じて特定の受光素子に発光素子４より放射された光を入射すると共に、他の特定の受光素子への発光素子４より放射された光の入射を遮断するようにしたので、無接点で光検出型多方向スイッチをオンオフ操作することができ、半永久的な寿命を帯有することができる。また、受光素子５ａ〜５ｈとして複雑な信号処理回路を必要とせず、かつ高価なＰＳＤを用いないので、コンピュータ用入力装置としての光検出型多方向スイッチを安価に製造することができる。さらに、複雑な信号処理回路を必要としないことから、高速かつ正確な信号処理を行うことができて、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。また、配線基板３の受発光素子実装面に、発光素子４及び受光素子５ａ〜５ｈを個々に収容可能な透孔１１，１２ａ〜１２ｈが開設された遮光体よりなるホルダ６を備えるので、発光素子４から受光素子５ａ〜５ｈへの不正な光の漏れ込みをより確実に防止することができ、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。さらに、ホルダ６にスライド規制溝１３を形成すると共にスライダ２に当該スライド規制溝１３に係合可能な係合突起１６を形成したので、スライダ２ひいては操作部１をより確実に所定の操作方向に操作することができ、操作部１の誤操作が防止されて、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。また、操作部１とスライダ２とを一体に形成したので、操作部１とスライダ２との間にリンク部材を備える必要がなく、光検出型多方向スイッチの小型化を図ることができる。加えて、８個の受光素子５ａ〜５ｈを発光素子４の設定部を中心とする円周上に配置したので、スライダ２を発光素子４の設定部を中心として放射状にスライドさせることができ、光検出型多方向スイッチの構造の簡略化と小型化とを図ることができる。
【００２７】
次に、本発明に係る光検出型多方向スイッチの第２実施形態例を、図８及び図９に基づいて説明する。図８は第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの動作説明図、図９は第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【００２８】
第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、図８に示すように、スライダ２に形成される光反射部１４を放射状に形成するのではなく、単純な円椀状に形成したことを特徴とする。その他については第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチと同じであるので、説明を省略する。
【００２９】
光反射部１４を単純な円椀状に形成すると、スライダ２をスライド規制溝１３に沿って受光素子５ａの配設方向にスライドしたとき、第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチとは異なり、図８（ａ），（ｂ）に示すように、受光素子５ａを収容する透孔１２ａのみならず、受光素子５ｂ，５ｈを収容する透孔１２ｂ，１２ｈも光遮断部１５によって遮蔽されず、発光素子４より出射された光が受光素子５ａ、５ｂ、５ｈに入射される。スライダ２をスライド規制溝１３に沿って他の受光素子の配設方向にスライドしたときも同様である。しかしながら、スライダ２のスライド方向によって、受光状態に保持される受光素子と遮光状態に切り替えられる受光素子とが特有の組合せになるので、各受光素子５ａ〜５ｈの出力を検出することによって、操作部１の操作方向を知ることができる。
【００３０】
図９に、第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチにおける操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｈの受光状態との関係をまとめて示す。この図においても、○印は発光素子４より出射された光を受光している受光素子、×印は発光素子４より出射された光を受光していない受光素子を示している。この図から明らかなように、操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｈの受光状態とが１対１に対応しており、操作部１の操作方向を確実に知ることができる。
【００３１】
第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチと同様の効果を有するほか、スライダ２に形成される光反射部１４を単純な円椀状にしたので、スライダ２の製造を容易化できて、光検出型多方向スイッチの製造コストを安価にできるという効果を有する。
【００３２】
次に、本発明に係る光検出型多方向スイッチの第３実施形態例を、図１０及び図１１に基づいて説明する。図１０は第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる配線基板の平面図、図１１は第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【００３３】
第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、図１０に示すように、配線基板３上に８個の受光素子５ａ〜５ｈを配設して８方向に関する操作部１の操作方向を検出するのではなく、配線基板３上に４個の受光素子５ａ〜５ｄを配設して８方向に関する操作部１の操作方向を検出することを特徴とする。また、第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチと同様に、スライダ２に形成される光反射部１４を単純な円椀状に形成したことを特徴とする。その他については第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチと同じであるので、説明を省略する。
【００３４】
このようにすると、スライダ２をスライド規制溝１３に沿って受光素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの配設方向にスライドしたときには、図１０（ｂ）に例示するように、１つの受光素子のみが選択的に遮光状態に切り替えられ、スライダ２をスライド規制溝１３に沿って受光素子５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの配設方向に対して４５度の方向にスライドしたときには、図１０（ｃ）に例示するように、２つの受光素子が選択的に受光状態に切り替えられる。したがって、スライダ２のスライド方向によって、受光状態に保持される受光素子と遮光状態に切り替えられる受光素子とが特有の組合せになるので、各受光素子５ａ〜５ｄの出力を検出することによって、操作部１の操作方向を知ることができる。
【００３５】
図１１に、第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチにおける操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｄの受光状態との関係をまとめて示す。この図においても、○印は発光素子４より出射された光を受光している受光素子、×印は発光素子４より出射された光を受光していない受光素子を示している。この図から明らかなように、操作部１の操作方向と各受光素子５ａ〜５ｄの受光状態とが１対１に対応しており、操作部１の操作方向を確実に知ることができる。
【００３６】
第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチは、第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチと同様の効果を有するほか、４個の受光素子５ａ〜５ｄを備えるだけで８方向の操作部１の操作方向を検出することができるので、受光素子の数量を減少することができて、光検出型多方向スイッチの製造コストを安価にできるという効果を有する。
【００３７】
なお、前記実施形態例においては、操作部１をスライダ２と一体に形成したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、操作部１とスライダ２とを別体に形成することもできる。この場合、操作部１をカーナビゲーションシステムの筐体等に揺動自在に取り付け、操作部１の揺動操作に応じてスライダ２をスライドさせるようにすることもできる。
【００３８】
また、前記実施形態例においては、本発明に係る光検出型多方向スイッチをカーナビゲーションシステムなどの情報処理装置のカーソル操作手段として適用する場合を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、図１２に示すように、操作部１とスライダ２と配線基板３とホルダ６とをケーシング２１によって一体化し、多方向スイッチ装置とすることもできる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光検出型多方向スイッチは、配線基板の受発光素子実装面に沿ってスライド操作されるスライダに光反射部と光遮断部とを備え、操作部の操作方向に応じて特定の受光素子に発光素子より放射された光を入射すると共に、他の特定の受光素子への発光素子より放射された光の入射を遮断するようにしたので、無接点で光検出型多方向スイッチをオンオフ操作することができ、半永久的な寿命を帯有することができる。また、受光素子として複雑な信号処理回路を必要とし、かつ高価なＰＳＤを用いることなく操作部の操作方向を確実に検出することができるので、コンピュータ用入力装置としての光検出型多方向スイッチを安価に製造することができる。さらに、複雑な信号処理回路を必要としないことから、高速かつ正確な信号処理を行うことができ、光検出型多方向スイッチの信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの分解斜視図である。
【図２】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる発光素子及び受光素子の配列を示す配線基板の平面図である。
【図３】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられるスライダの底面図である。
【図４】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの非操作状態の要部断面図である。
【図５】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの操作状態の要部断面図である。
【図６】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの動作説明図である。
【図７】第１実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【図８】第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチの動作説明図である。
【図９】第２実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【図１０】第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる配線基板の平面図である。
【図１１】第３実施形態例に係る光検出型多方向スイッチに備えられる操作部の操作方向と各受光素子の受光状態との関係を示す表図である。
【図１２】本発明に係る光検出型多方向スイッチの応用例を示す斜視図である。
【図１３】従来例に係る光検出型多方向スイッチの構成図である。
【図１４】従来例に係る光検出型多方向スイッチの動作説明図である。
【符号の説明】
１　操作部
２　スライダ
３　配線基板
４　発光素子
５ａ〜５ｈ　受光素子
６　ホルダ
１１　透孔
１２ａ〜１２ｈ　透孔
１３　スライド規制溝
１４　光反射部
１５　光遮断部
１６　係合突起
２１　ケーシング

Claims

多方向に操作可能な操作部と、発光素子及び複数個の受光素子が実装された配線基板と、前記操作部により前記配線基板の受発光素子実装面に沿ってスライド操作されるスライダとを備え、前記スライダに、前記操作部の操作方向に応じて特定の１乃至複数個の前記受光素子に前記発光素子より放射された光を入射する光反射部と、前記操作部の操作方向に応じて他の特定の１乃至複数個の前記受光素子への前記発光素子より放射された光の入射を遮断する光遮断部とを形成したことを特徴とする光検出型多方向スイッチ。
前記配線基板の受発光素子実装面に、前記発光素子及び前記受光素子を個々に収容可能な透孔が開設された遮光体よりなるホルダを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光検出型多方向スイッチ。
前記スライダと前記ホルダとの間に、前記スライダを所定の可動方向に案内するための案内手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載の光検出型多方向スイッチ。
前記操作部と前記スライダとを一体に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光検出型多方向スイッチ。
前記複数個の受光素子を前記発光素子の設定部を中心とする円周上に配置したことを特徴とする請求項１に記載の光検出型多方向スイッチ。