JP2007139643A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 実装される回路基板などの面内方向における傾斜を適切に検出可能な傾斜センサを提供すること。
【解決手段】 １対の受光素子４Ａ，４Ｂと、１対の受光素子４Ａ，４Ｂに対して光を照射する発光素子５と、転動体６と、転動体６を収容する空隙部２０と、を備えており、空隙部２０は、転動体６に、１対の受光素子４Ａ，４Ｂと重なる１対の遮光位置と、上記１対の受光素子４Ａ，４Ｂのいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサＡ１であって、その一面に１対の受光素子４Ａ，４Ｂが搭載されている基板１を備えており、基板１のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子７ａ，７ｂ，７ｃが形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、たとえばデジタルスチルカメラなどの傾斜方向を検出するための傾斜センサに関する。

図１４および図１５は、従来の傾斜センサの一例を示している。これらの図に示された傾斜センサＸは、ケース９１、１対の受光素子９２ａ，９２ｂ、発光素子９３、ボール９４、およびリードフレーム９５，９６を備えている。１対の受光素子９２ａ，９２ｂと発光素子９３とは、ケース９１に形成された空隙部９１ａを挟んで対向配置されている。ボール９４は、空隙部９１ａ内に収容されている。１対の受光素子９２ａ，９２ｂは、リードフレーム９５に搭載されており、発光素子９３は、リードフレーム９６に搭載されている。リードフレーム９５，９６のうちケース９１から露出した部分は、傾斜センサＸを実装するための外部リード９５ａ，９６ａとなっている。

傾斜センサＸが図１４に示す姿勢とされた場合、発光素子９３からの光は、１対の受光素子９２の双方によって受光される。傾斜センサＸが図中時計回りに角度θ以上傾斜した姿勢とされた場合、ボール９４は、空隙部９１ａ内を図中右方へと転動する。転動したボール９４は、受光素子９２ｂの正面に位置する。すると、発光素子９３から発せられた光のうち、受光素子９２ｂに到達していた光が、ボール９４により遮蔽されることとなる。一方、傾斜センサＸが図中反時計回りに角度θ以上傾斜した姿勢とされた場合、受光素子９２ａに到達していた光がボール９４により遮蔽されることとなる。したがって、１対の受光素子９２ａ，９２ｂからの信号を監視することにより、傾斜センサＸが図１４の紙面方向においていずれの方向に傾斜しているかを検出することができる。

しかしながら、傾斜センサＸは、外部リード９５ａ，９６ａによって実装されるものであるため、図１４に示すように、回路基板Ｓに対して起立する姿勢で実装される。このため、傾斜センサＸの検出対象面は、回路基板Ｓの面内方向に対して垂直となる。したがって、回路基板Ｓがその面内方向において傾斜させられた場合、傾斜センサＸによってはこの傾斜を検出することはできない。たとえばデジタルスチルカメラにおいては、回路基板Ｓの面内方向における傾斜を検出することにより、液晶表示部の表示方向を切り替えるといった機能が提案されている。このような用途には、傾斜センサＸは不向きであった。

特開平１１−１４３５０号公報

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、実装される回路基板などの面内方向における傾斜を適切に検出可能な傾斜センサを提供することをその課題とする。

本発明によって提供される傾斜センサは、検出対象面に沿って離間配置された１対の受光素子と、上記１対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、上記検出対象面内に沿って転動する転動体と、上記転動体を収容する空隙部と、を備えており、上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向おいて上記１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、上記面内方向において上記１対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、上記検出対象面に沿って広がっており、かつその一面に上記１対の受光素子が搭載されている基板を備えており、上記基板のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子が形成されていることを特徴としている。

このような構成によれば、上記傾斜センサの上記検出対象面は、たとえば上記傾斜センサが実装される回路基板などの面内方向に平行となる。このため、上記回路基板がその面内方向においていずれの方向に傾斜しているかを適切に検出することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記発光手段は、上記基板の上記一面に搭載されており、かつ上記１対の受光素子が離間する方向における位置が、上記１対の受光素子の間にある１つの発光素子からなり、上記空隙部を挟んで上記基板とは反対側に位置する反射面を備えている。このような構成によれば、上記１対の受光素子および上記発光素子は、上記空隙部に対して片側寄りに配置される。したがって、上記傾斜センサの薄型化を図るのに適してる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記転動体は、上記検出対象面と直交する中心軸を有する円柱形状とされている。このような構成によれば、上記空隙部に凹みなどがあっても、例えば球形とされた転動体と比べて上記転動体はスムースに転動可能である。また、球形とされた転動体よりも、上記転動体は、上記検出対象面においてより大きな領域を遮蔽することが可能である。したがって、上記転動体によって上記発光手段からの光をより確実に遮光するのに適しており、誤検出を防止するのに有利である。さらに、円柱形状であれば、その高さ方向寸法を小さくしても、上記転動体は上記空隙部内をスムースに転動可能である。これは、上記傾斜センサの薄型化に好ましい。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図５は、本発明に係る傾斜センサの第１実施形態を示している。図１に示すように、本実施形態の傾斜センサＡ１は、基板１、ケース２、カバー３、１対の受光素子４Ａ，４Ｂ、発光素子５、転動体６、および端子７ａ，７ｂ，７ｃを備えている。傾斜センサＡ１は、たとえば回路基板Ｓに面実装された状態で、回路基板Ｓの面内方向における傾斜方向を検出するために用いられるものである。すなわち、傾斜センサＡ１の検出対象面は、回路基板Ｓの面内方向に広がる面となっている。本実施形態においては、傾斜センサＡ１は、そのサイズが幅５．６ｍｍ、高さ４．５ｍｍ、厚さ３．７ｍｍ程度とされている。なお、図３においては、カバー３を省略している。

基板１は、矩形状の絶縁基板であり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。本実施形態においては、基板１は、そのサイズが幅５．６ｍｍ、高さ４．５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ程度とされている。図２に示すように、基板１には、６つの配線パターン７が形成されている。配線パターン７は、たとえば銅からなり、銅製の薄膜に対してエッチングを施すことなどにより形成される。配線パターン７は、基板１の図中手前の面から側面を経て図中奥方の面にわたって形成されている。このうち３つの配線パターン７の図中手前側部分には、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５がダイボンディングされている。

１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、たとえばＰＩＮフォトダイオードであり、赤外線を受光すると、それに応じた光起電力を生じて電流を流すように構成されている。図２に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、基板１において図中左右方向に離間して配置されている。１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、それぞれがダイボンディングされた配線パターン７と隣り合う配線パターン７に対して、それぞれワイヤ８によって接続されている。本実施形態においては、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、そのサイズが０．６ｍｍ角程度とされている。

発光素子５は、赤外線を発することができる赤外線発光ダイオードなどからなり、本発明で言う発光手段を構成している。図２に示すように、発光素子５は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの中間位置から図中下方にシフトした位置に配置されている。発光素子５は、これがボンディングされた配線パターン７と隣り合う配線パターン７に対して、ワイヤ８によって接続されている。本実施形態においては、発光素子５は、そのサイズが０．２５ｍｍ角程度とされている。

ケース２は、全体が直方体形状であり、たとえばエポキシ樹脂を用いたモールド成形法により形成されている。ケース２には、空隙部２０が形成されている。図２に示すように、空隙部２０は、転動体収容部２０ａ、３つの窓２０ｂ、および３つの素子収容部２０ｃからなる。本実施形態においては、ケース２は、そのサイズが幅５．６ｍｍ、高さ４．５ｍｍ、厚さ２．５ｍｍ程度とされている。

転動体収容部２０ａは、転動体６を収容する部分であり、傾斜センサＡ１の姿勢に応じた所定の位置に転動体６を転動させるための部分である。転動体収容部２０ａは、２つの小判が互いに直角に連結された断面形状とされており、転動体６を収容可能な奥行き寸法とされている。本実施形態においては、各小判状部分の幅寸法が２．２ｍｍ程度、両端の円弧部分の半径が１．１ｍｍ程度とされている。また、転動体収容部２０ａの深さは、１．７ｍｍ程度とされている。図３および図５に示すように、転動体収容部２０ａには、３つの窓２０ｂが繋がっている。

図３において図中上側に位置する２つの窓２０ｂは、転動体収容部２０ａの図中上側の突出部分に繋がっている。図中下側に位置する窓２０ｂは、転動体収容部２０ａの中央部分に繋がっている。３つの窓２０ｂは、それぞれ断面円形状であり、１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと光を到達させ、または発光素子５からの光を通過させるためのものである。本実施形態においては、図５における左右両端にある窓２０ｂは、断面寸法φ１．３ｍｍ、深さ０．３ｍｍ程度とされている。また、中央に位置する窓２０ｂは、断面寸法φ０．８ｍｍ、深さ０．３ｍｍ程度とされている。３つの窓２０ｂには、３つの素子収容部２０ｃがそれぞれ繋がっている。

３つの素子収容部２０ｃは、図５に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５を収容するための部分である。図４に示すように、１対の受光素子４Ａ，４Ｂを収容する２つの素子収容部２０ｃは、２つの矩形が連結された断面形状とされている。発光素子５を収容する素子収容部２０ｃは、断面矩形状とされている。本実施形態においては、素子収容部２０ｃは、その深さが０．５ｍｍ程度とされている。

図２に示すように、ケース２には、３つずつの突起２１ａ，２１ｂが形成されている。これらの突起２１ａ，２１ｂは、ケース２と基板１およびカバー３とを位置合わせするためのものである。３つの突起２１ａは、基板１の３つの孔１１に嵌合する。３つの突起２１ｂは、カバー３に形成された３つの孔３１に嵌合する。

カバー３は、ケース２を塞いで空隙部２０を形成するためのものであり、例えばエポキシ樹脂からなる。図５に示すように、カバー３の図中下面には、反射膜３０が形成されている。反射膜３０は、発光素子５によって発せられた光を反射することにより１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと向かわせるためのものであり、例えばアルミからなる。本実施形態においては、カバー３は、そのサイズが幅５．６ｍｍ、高さ４．５ｍｍ、厚さ０．６ｍｍ程度とされている。

転動体６は、傾斜センサＡ１の姿勢に応じて転動体収容部２０ａ内を転動することにより、発光素子５からの光が１対の受光素子４Ａ，４Ｂへと到達することを適宜阻止するためのものである。転動体６は、円柱形状とされており、たとえばステンレスからなる。本実施形態においては、転動体６は、断面寸法φ２．０ｍｍ程度、高さ１．５ｍｍ程度とされている。

端子７ａ，７ｂ，７ｃは、傾斜センサＡ１をたとえば図１に示す回路基板Ｓに面実装するために用いられるものである。図５に示すように、端子７ａ，７ｂ，７ｃは、配線パターン７のうち基板１の図中下面側にある部分によって構成されている。

次に、傾斜センサＡ１による傾斜方向の検出について、図６〜図８を用いて説明する。図６〜図８は、カバー３を省略して傾斜センサＡ１を正面からみた図である。これらの図においては、図中下方が重力方向である。

まず、図６は、傾斜センサＡ１が中立姿勢とされた状態を示している。この姿勢においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａの中央寄りに留まっている。この位置を中立位置と呼ぶ。転動体６が中立位置にあると、発光素子５からの光が全て転動体６によって遮られる。このため、１対の受光素子４Ａ，４Ｂは、いずれも光を検出しない。したがって、１対の受光素子４Ａ，４Ｂのいずれからも信号が出力されない状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢であると認識する。

次に、傾斜センサＡ１を図中時計回りに回転させると、図７に示す状態となる。この状態においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａのうち図中右端寄り部分へと転動する。この位置を正転遮光位置と呼ぶ。転動体６が正転遮光位置にあると、受光素子４Ｂへと繋がる窓２０ｂが転動体６により覆われる。これにより、受光素子４Ｂによっては、発光素子５からの光は受光されない。一方、発光素子５から発せられた光は、図５に示す反射膜３０によって反射され、受光素子４Ａに到達する。したがって、受光センサ４Ａのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢から図７における図中時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。

また、傾斜センサＡ１を中立姿勢から図中反時計回りに回転させると、図８に示す状態となる。この状態においては、転動体６は、重力にしたがって転動体収容部２０ａのうち図中左端寄り部分へと転動する。この位置を逆転遮光位置と呼ぶ。転動体６が逆転遮光位置にあると、受光素子４Ａへと繋がる窓２０ｂが転動体６により覆われる。これにより、受光素子４Ａによっては、発光素子５からの光は受光されない。一方、発光素子５から発せられた光は、受光素子４Ｂに到達する。したがって、受光センサ４Ｂのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサＡ１が中立姿勢から図８における図中反時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。

次に、傾斜センサＡ１の作用について説明する。

本実施形態によれば、図１に示すように、回路基板Ｓの面内方向における傾斜方向を検出センサＡ１によって検出可能である。したがって、たとえば回路基板Ｓの面内方向における傾斜を検出することによって、デジタルスチルカメラの液晶表示部の表示方向を切り替えるといった用途に用いるのに適している。

面実装タイプとされた傾斜センサＡ１は、たとえば回路基板Ｓに対してその他の電子部品とともに一括して実装することが可能である。したがって、回路基板Ｓへの実装作業の効率を向上させることができる。

１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５がいずれも基板１に搭載されていることにより、図１においてケース２よりも紙面手前方向には、薄状のカバー３が設けられているだけである。このような傾斜センサＡ１は、薄型化を図るのに適している。また、薄型とされた傾斜センサＡ１を回路基板Ｓに沿うように実装可能である。これにより、回路基板Ｓから傾斜センサＡ１が大きく突出することを防止することができる。

円柱形状とされた転動体６は、その断面寸法が空隙部２０の窓２０ｂの断面寸法よりも大とされている。このため、転動体６が転動体収容部２０ａ内を転動する際に、窓２０ｂに不当に引っかかってしまうおそれがない。したがって、転動体６を転動体収容部２０ａ内においてスムースに転動させることができる。また、転動体６は、その円形端面によって窓２０ｂを遮蔽する。転動体６が、窓２０ｂの正面に位置すると、窓２０ｂは上記円形端面によって完全に遮蔽される。これは、傾斜センサＡ１による誤検出を防止するのに好ましい。さらに、転動体６の高さ寸法を小さくしても、円柱形状である転動体６は、スムースに転動可能である。これは、傾斜センサＡ１の薄型化を図るのに有利である。

図９〜図１３は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。

図９は、本発明に係る傾斜センサの第２実施形態を示している。なお、本図においては、図１に示すカバー３を省略している。本実施形態の傾斜センサＡ２は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５の配置が、上述した傾斜センサＡ１と異なっている。１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５は、それぞれの中心が同一直線上に位置するように配置されている。３つの窓２０ｂは、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５の配置に対応して、それぞれの中心が同一直線上に位置する配置とされている。

このような実施形態によっても、この傾斜センサＡ２が実装される回路基板などの面内方向における傾斜方向を適切に検出することができる。また、傾斜センサＡ２を製造するときには、基板１に対して、１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５を直列に搭載することが可能である。これは、たとえば１対の受光素子４Ａ，４Ｂおよび発光素子５が三角形をなすように搭載する場合と比べて、製造効率を向上させるのに有利である。

図１０〜図１２は、本発明に係る傾斜センサの第３実施形態を示している。なお、これらの図においては、図１に示すカバー３を省略している。本実施形態の傾斜センサＡ３は、転動体収容部２０ａの断面形状が上述したいずれの実施形態とも異なっている。本実施形態においては、空隙部２０ａは、その断面形状が菱形状とされている。図１０に示すように、傾斜センサＡ３が中立姿勢とされた場合は、転動体６は、発光素子５の正面に位置する。次に、図１１に示すように、傾斜センサＡ３が図中時計回りに回転した姿勢とされた場合は、転動体６は、受光素子４Ｂの正面である正転遮光位置へと転動する。さらに、傾斜センサＡ３が回転させられると、図１２に示すように傾斜センサＡ３は、倒立した姿勢とされる。この場合、転動体６は、転動体収容部２０ａにおいて中立位置とは反対側の位置に転動する。この位置を、倒立位置と呼ぶ。

転動体６が倒立位置にあると、発光素子５からの光は、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの双方によって受光される。これにより、１対の受光素子４Ａ，４Ｂの双方から信号が出力されると、傾斜センサＡ３が倒立した姿勢であることを検出可能である。したがって、傾斜センサＡ３は、中立姿勢であること、中立姿勢から正転あるいは逆転された姿勢であること、および倒立した姿勢であること、の４つの状態を検出することができる。

上述した傾斜センサＡ１の場合、たとえば図７または図８に示す状態からさらに傾斜センサＡ１を回転させて倒立姿勢としても、傾斜センサＡ１によっては倒立姿勢であることを検出することはできない。傾斜センサＡ１によっては、正転あるいは逆転された姿勢であると検出されるだけである。傾斜センサＡ３によれば、結果的に倒立姿勢とされれば、これに至るまでの回転方向が正転方向または逆転方向であるかによって検出結果が異なるといった不具合が無い。

図１３は、本発明に係る傾斜センサの第４実施形態を示している。本実施形態の傾斜センサＡ４は、発光手段として１対の発光素子５Ａ，５Ｂを備えている点が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。１対の発光素子５Ａ，５Ｂは、基板１Ａ上において１対の受光素子４Ａ，４Ｂそれぞれの正面に配置されている。１対の発光素子５Ａ，５Ｂは基板１Ａ上の配線パターン上に搭載されている。この配線パターンは、ケース２の外側を回り込むこと、あるいはスルーホール（図示略）を設けることなどの手段により、端子７ｃに導通している。このような実施形態によっても、傾斜センサＡ４を面実装可能であり、傾斜センサＡ４が実装される回路基板の面内方向における傾斜を検出することができる。

本発明に係る傾斜センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る傾斜センサの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

本発明における転動体は、上述した実施形態のように円柱形状であることが好ましいが、これに限定されず、球形であってもよい。発光素子から発光される光は、赤外線に限定されず、様々な波長の光を用いることができる。

本発明に係る傾斜センサの第１実施形態を示す一部断面斜視図である。 本発明に係る傾斜センサの第１実施形態を示す分解斜視図である。 本発明に係る傾斜センサの第１実施形態を示す正面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿う断面図である。 本発明に係る傾斜センサの第１実施形態が中立姿勢とされた状態を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第１実施形態が正転方向に傾斜させられた状態を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第１実施形態が逆転方向に傾斜させられた状態を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第２実施形態を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第３実施形態を示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第３実施形態が正転方向に傾斜させられた状態示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第３実施形態が倒立姿勢とされた状態示す正面図である。 本発明に係る傾斜センサの第４実施形態を示す断面図である。 従来の傾斜センサの一例を示す断面図である。 図１４のＸＶ−ＸＶ線に沿う断面図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２，Ａ３，Ａ４ 傾斜センサ
Ｓ 回路基板
１ 基板
２ ケース
３ カバー
４Ａ，４Ｂ 受光素子
５，５Ａ，５Ｂ 発光素子（発光手段）
６ 転動体
７ 配線パターン
７ａ，７ｂ，７ｃ （面実装用の）端子
８ ワイヤ
１１ 孔
２０ 空隙部
２０ａ 転動体収容部
２０ｂ 窓
２０ｃ 素子収容部
２１ａ，２１ｂ 突起
３０ 反射膜
３１ 孔

Claims (3)

1. 検出対象面に沿って離間配置された１対の受光素子と、
   上記１対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、
   上記検出対象面内に沿って転動する転動体と、
   上記転動体を収容する空隙部と、を備えており、
   上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向おいて上記１対の受光素子と重なる１対の遮光位置と、上記面内方向において上記１対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、
   上記検出対象面に沿って広がっており、かつその一面に上記１対の受光素子が搭載されている基板を備えており、
   上記基板のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子が形成されていることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 上記発光手段は、上記基板の上記一面に搭載されており、かつ上記１対の受光素子が離間する方向における位置が、上記１対の受光素子の間にある１つの発光素子からなり、
   上記空隙部を挟んで上記基板とは反対側に位置する反射面を備えている、請求項１に記載の傾斜センサ。
3. 上記転動体は、上記検出対象面と直交する中心軸を有する円柱形状とされている、請求項１または２に記載の傾斜センサ。

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