JP2009217369A - 操作位置検出装置及びセンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光面で受光した光を電気信号に変換する受光素子を通じて操作部材の操作位置を検出する操作位置検出装置において、小型化を図ることが可能な操作位置検出装置を提供する。
【解決手段】操作位置検出装置は、レバーの操作位置に応じてフォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受光面１２ａに対する光の入射方向を一側に傾斜する方向に変化させる発光素子６を備えている。各フォトダイオードＰＤ１，ＰＤ２の受光面１２ａ上には、受光面１２ａの垂線に対して一側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する入射光を遮光する遮光層１５が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、受光した光を電気信号に変換する受光素子を有するセンサ装置を用いて操作部材の操作位置を光学的に検出する操作位置検出装置に関する。

従来、例えば特許文献１に示されるように、車両に搭載されるオーディオ装置、空調装置及びナビゲーション装置等の車載機器やパーソナルコンピュータ等の車載機器以外の各種装置に対して入力操作を行う入力装置として、該入力操作を光学的に検出する光学式入力装置がある。

この光学式入力装置は、外部から加えられる力に応じて傾動可能に支持されたレバー等の操作部材の基端部に設けられた反射面と、該反射面に対して対向配置されるセンサ装置とから構成される操作位置検出装置を備えている。

センサ装置は、発光素子と４つの受光素子とをその周辺回路とともに透光性樹脂によりモールドしたパッケージとから構成されている。発光素子は、発光素子用リードフレームの先端の前記反射面側の面に接合されており、４つの受光素子は、受光素子用リードフレームの先端に形成された正方形の受光部の前記反射面側の面の対角線上の四隅に設けられている。受光部は、発光素子用リードフレームと前記操作部材との間に設けられており、その中央には貫通孔が形成されている。発光素子は、受光部の貫通孔を介して前記反射面に面するように載置されている。発光素子及び４つの受光素子は、パッケージの内部において、該パッケージから外部に突出するそれぞれ個別の結線用リードフレームの基端部に結線されており、該結線用リードフレームを通じてそれぞれ対応する外部の駆動回路若しくは信号処理回路に接続されている。

発光素子から出射された光は、受光部の貫通孔を通過し、操作部材の反射面に反射して、４つの受光素子に照射される。操作部材が操作されていない初期状態においては、受光部における照射光（反射光）の照射領域は、４つの受光素子に均等に光が入射するよう受光部の中央位置に位置している。操作部材が所定の操作位置に操作され、反射面が変位すると、受光部における照射光の照射領域が前記中央位置からずれた位置に移動する。これにより各受光素子の受光量が変化する。操作位置検出装置は、各受光素子の受光量の変化に基づいて、照射領域の移動方向と移動量とを検出し、操作部材が所定の操作位置に操作されたことを検出する。
特開平１１−３９０８８号公報

ところで、車両に搭載される車載機器への小型化の要求は依然として高く、該車載機器に対応する入力装置についても、その車両への搭載性の観点から小型化に対する要望は依然としてある。また、車載機器以外の各種装置に対応する入力装置についても、小型化が望まれている。

しかしながら、上述した操作位置検出装置では、操作部材の操作に伴う照射領域の移動に応じて受光素子に対する光の入射量を変化させるために、複数の受光素子を、その中の何れかの受光素子が照射領域からずれた位置に位置するように配設していた。このため、受光素子が配設される受光部の大きさを当該受光部における光の照射領域よりも大きくする必要があることから、受光部の大きさをある程度確保する必要があった。このことは、操作位置検出装置、ひいては、該操作位置検出装置を用いた光学式入力装置の小型化の妨げとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、受光面で受光した光を電気信号に変換する受光素子を通じて操作部材の操作位置を検出する操作位置検出装置において、小型化を図ることが可能な操作位置検出装置及びセンサ装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、操作部材の操作に伴い受光素子の受光量を変化させ、該受光量に応じて前記受光素子から出力される電気信号に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出装置であって、前記操作部材の操作に応じて傾動し該操作部材の操作位置に対応する方向から前記受光素子の受光面に光を照射する照射手段を備え、前記受光素子は、前記受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮る、前記受光面上に形成された遮光層によって、指向性が付与されていることをその要旨とする。

本発明によれば、受光素子の受光量の変化に応じた電気信号の変化に基づいて、操作部材の操作位置への操作が検出される。この受光素子の受光面上には、受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から受光面に入射する入射光を遮光する遮光層が形成されている。このため、操作部材の操作位置に応じて受光素子の受光面に対する光の入射方向が一側に傾斜する方向に変化すると、受光面に入射する入射光が遮光層に遮られ、受光素子の受光量が変化する。このため、受光素子の受光面が常に光の照射領域に含まれるように配置されていても操作部材の操作を検出することができるため、操作位置検出装置の小型化を図ることができる。ちなみに、指向性を持たない受光素子を採用した場合には、複数の受光素子を、その中の何れかの受光素子が光の照射領域からずれた位置に位置するように配設する必要があり、その分、操作位置検出装置の大型化につながってしまう。

請求項２に記載の発明は、複数の前記受光素子を組み合わせて使用し、これらは、前記遮光層によって、互いに異なる指向性が付与されていることをその要旨とする。
本発明によれば、操作部材が任意の操作位置に操作されると、複数の受光素子のうち、該操作位置に対応する方向から受光面に入射する入射光を遮光する遮光層が形成されている受光素子の受光量が低下する。このため、複数方向における操作部材の操作位置を検出することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、複数の前記受光素子は、同一のチップ上に設けられることをその要旨とする。
本発明のように、複数の受光素子を１つのチップ上に設けるようにすれば、該受光素子の集中化が図られ、操作位置検出装置のより一層の小型化を図ることができる。

請求項４に記載の発明は、前記照射手段は、前記受光面上に位置する傾動中心を中心として傾動可能に設けられた前記操作部材に固定され前記受光面に対向する発光手段であり、前記操作部材の傾動軸に沿った方向へ光を出射することをその要旨とする。

本発明によれば、操作部材は、受光面上に位置する傾動中心を中心として傾動するため、発光手段からの光は、操作部材の操作位置にかかわらず、受光面上の一点に向けて出射される。ここで、例えば、操作部材の操作位置に応じて光の照射領域が移動する場合、発光手段から出射された光が受光素子とは異なる他の部材に照射され、該他の部材で反射した光が受光素子に入射し、受光素子の受光量が変化してしまう虞がある。この点、本発明によれば、発光手段からの光は、操作部材の操作位置にかかわらず、受光面上の一点に向けて出射されるため、他の部材に反射した光が受光素子に入射し該受光素子の受光量が変化してしまうことを抑制することができる。

請求項５に記載の発明は、受光面で受光した光を電気信号に変換する受光素子が樹脂材料からなるパッケージにモールドされてなるセンサ装置であって、前記受光素子は、前記受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮る、前記受光面上に形成された遮光層によって、指向性が付与されていることをその要旨とする。

本発明によれば、請求項１と同様の作用が得られることにより、当該センサ装置の小型化、ひいては、このセンサ装置を用いた操作位置検出装置の小型化に貢献することができる。

本発明によれば、受光面で受光した光を電気信号に変換する受光素子を通じて操作部材の操作位置を検出する操作位置検出装置において、小型化を図ることができる。

以下、本発明を、走行中の車両の現在位置及び進行方向等の情報を人工衛星及び地磁気計及び走行距離計等を利用して測定して車室内の画面上に表示してユーザに知らせるナビゲーションシステムの入力装置として適用されるジョイスティックに具体化した実施の形態を図面に従って説明する。

ナビゲーションシステムの表示装置は、図示しない車両のセンタクラスタ等に設けられる。ユーザは、表示装置の画面を目視しながらジョイスティックを傾動操作することにより当該画面上に表示された複数の機能項目から一つの機能項目を選択して所望の画面に切り換えたり車両の付帯装備を作動させたりする。これら複数種類の画面に対する入力操作は、設置スペースの節約及び操作性の確保等の観点から、単一のジョイスティックにより共用される。

図１（ａ）に示すように、ジョイスティック１は、前記センタクラスタに支承された基台２と、その基台２に設けられた軸受部２ａに傾動可能に支持された操作部材としてのレバー３と、レバー３の基端側に設けられ該レバー３の操作位置を検出する操作位置検出装置４とを備えている。

基台２の軸受部２ａは、当該基台２の意匠面２ｂ側に開口する略球面状に凹設されており、該軸受部２ａの内底面２ｃの中央には、センサ支持台２ｄが立設されている。レバー３は、略円柱状をなす棒状に形成されており、該レバー３の基端部３ａは軸受部２ａに対応する略球状に形成されている。レバー３の基端部３ａには、その基端側に開口する中空状のセンサ収容部３ｂが形成されている。レバー３の基端部３ａは、センサ収容部３ｂ内に前記センサ支持台２ｄの先端側の部位が配置された状態で、軸受部２ａ内に支承されている。これにより、レバー３は、基端部３ａの略中心を傾動中心Ｏとして、該先端側の部位を、基台２に対して図１（ｂ）に示すような８方向の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に傾動操作可能となっている。なお、レバー３の傾動角度範囲は１８０°未満となっている。また、通常、レバー３は、図示しない保持機構によって、当該レバー３の傾動軸Ａ１が意匠面２ｂと直交する中立位置Ｐ０に弾性的に保持されている。このため、レバー３への操作力が解除されたときには、レバー３は、前記保持機構により前記中立位置Ｐ０に弾性復帰する。

図１（ａ）に示すように、操作位置検出装置４は、軸受部２ａのセンサ支持台２ｄの先端面に固定された基板５ａ上に実装されるセンサ装置５と、レバー３のセンサ収容部３ｂの内底面３ｃに固定された照射手段を構成する発光手段としての発光素子６とを備えている。センサ装置５は軸受部２ａの略中央に配置されており、発光素子６はセンサ収容部３ｂの内底面３ｃの略中央に前記センサ装置５と対向するように配置されている。センサ装置５は、制御装置７に電気的に接続されており、制御装置７には、車両用ナビゲーションシステムの表示装置８が接続されている。発光素子６は、ＬＥＤ等であり、レバー３に内蔵された駆動回路９に電気的に接続されている。

図２に示すように、センサ装置５は、略正方形状の実装面を有するフレーム１１と、同フレーム１１上に実装される正方形板状のセンサチップ１２と、フレーム１１及びセンサチップ１２をモールドする樹脂材料からなるパッケージ１３とを備えている。センサ装置５は、センサチップ１２の中心が前記レバー３の傾動中心Ｏと略一致するように配置されている。センサチップ１２には、受光素子としてのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が４つ形成されている。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、センサチップ１２を４つに分割した正方形状に形成されている。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、対応するリードフレーム１４に接続されている。これらフレーム１１、センサチップ１２及びリードフレーム１４は、各リードフレーム１４の一端部が露出する状態で、前記パッケージ１３にて封止されている。パッケージ１３は、略正方形板状に形成されており、センサチップ１２は、透明な樹脂材料からなる透光部１３ａにより覆われている。

図３に示すように、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、各受光面１２ａが面一となるように設けられている。センサチップ１２は、前記レバー３が中立位置Ｐ０にある場合の当該レバー３の傾動軸Ａ１と、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａとが直交するように配置されている。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａ上には、遮光層１５が形成されている。

ここで、遮光層１５について詳しく説明する。
同図３に示すように、遮光層１５は、黒色に着色された樹脂材料からなり、受光面１２ａの面方向において均一の厚さで形成されている。図４に示すように、遮光層１５は、隣り合うフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の境目を境界として略正方形状の４つの領域に区分されている。遮光層１５には、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に対応する領域毎に、多数の貫通孔２０が、センサチップ１２の各辺に沿った左右方向及び上下方向に沿ってそれぞれ等間隔で配列されている。各貫通孔２０は、断面略四角形状に形成されており、左右方向若しくは上下方向で対向する互いに平行な２組の内側面２１，２２を備えている。各貫通孔２０の互いに隣り合う２つの内側面２２には、延設部２５が設けられている。延設部２５は、貫通孔２０の内側面２２から受光面１２ａに沿って内方へ延設されており、互いに隣り合う２つの内側面２２にわたって設けられている。この延設部２５が設けられた貫通孔２０の内側面２２は、階段状に形成されている。なお、以下の説明では、貫通孔２０を介して透光部１３ａ側に露出する受光面１２ａの一部分、即ち、貫通孔２０において延設部２５に覆われていない部分を、それぞれ受光部２６という。

ここで、図５（ａ）に示すように、受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向（受光面１２ａに直交する方向）から光が照射された場合、この入射光Ｌは、遮光層１５に遮られることなく各受光部２６に入射し、当該受光部２６に受光される。一方、受光面１２ａの垂線Ｎに対して傾斜する方向から光が照射された場合、この入射光Ｌ１，Ｌ２は、該光の入射方向からみた各受光部２６における遮光層１５の投影面積に対応する分だけ、遮光層１５に遮られる。

このとき、受光面１２ａの垂線Ｎに対して延設部２５側に傾斜する方向から入射する入射光Ｌ１の内、遮光層１５によって遮られなかった光は受光部２６に入射するため、この場合の受光部２６の受光量は、受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向から光が照射された場合の受光部２６の受光量と略同一となる。一方、受光面１２ａの垂線Ｎに対して延設部２５とは反対側に傾斜する方向から入射する入射光Ｌ２の内、遮光層１５によって遮られなかった光は延設部２５に入射するため、この場合の受光部２６の受光量は、受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向から光が照射された場合の受光部２６の受光量よりも少なくなる。このため、受光部２６に入射する光の受光面１２ａの垂線Ｎに対する傾斜角度が同じであった場合でも、該入射光Ｌ１，Ｌ２が受光面１２ａに対して延設部２５が設けられている側から入射するか、延設部２５が設けられていない側から入射するかによって各受光部２６の受光量に差が生じる。

ここで、同図５（ａ）に示すように、受光部２６に入射する入射光の最大の入射角度θ１，θ２は、貫通孔２０の一側の内側面２１，２２の上端部と受光部２６の他側の端部とを結ぶ直線ｌ１，ｌ２と、受光部２６（受光面１２ａ）の垂線Ｎとがなす角度によって定まり、貫通孔２０の一側の内側面２１，２２と受光部２６の他側の端部との間の距離Ｄ１，Ｄ２が小さいほど、また、貫通孔２０の内側面２１，２２の高さＨが高いほど、受光部２６に入射する入射光の最大の入射角度θ１，θ２は小さくなる。

本実施の形態では、延設部２５が、貫通孔２０の内側面２２から受光面１２ａに沿って内方へ延設されているため、貫通孔２０の延設部２５とは反対側の内側面２１と、受光部２６の延設部２５側の端部との間の距離Ｄ１は、貫通孔２０の延設部２５側の内側面２２と、受光部２６の延設部２５とは反対側の端部との間の距離Ｄ２よりも小さくなっている。このため、受光面１２ａの垂線Ｎに対して延設部２５とは反対側に傾斜する方向から受光部２６に入射する入射光Ｌ２の最大の入射角度θ２は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して延設部２５側に傾斜する方向から入射する入射光Ｌ１の最大の入射角度θ１よりも小さくなる。即ち、遮光層１５により、受光部２６に対して延設部２５とは反対側に傾斜する方向から受光部２６に入射する入射光が遮光され易く、これにより、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に指向性が付与されている。

ここで、本実施の形態では、貫通孔２０及び延設部２５の幅や高さは、延設部２５とは反対側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する入射光Ｌ２の最大の入射角度θ２が、レバー３が中立位置Ｐ０から各操作位置Ｐ１〜Ｐ８に操作される際の操作角度θ（図１（ａ）参照）よりも小さくなるように、また、延設部２５側に傾斜する方向から入射する入射光Ｌ１の最大の入射角度θ１が前記操作角度θよりも大きくなるように設定されている。即ち、各受光部２６は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して延設部２５とは反対側に操作角度θを越えて傾斜する方向から入射する入射光Ｌを受光することができないようになっている。

また、図４に示すように、本実施の形態では、遮光層１５は、受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向から見て、貫通孔２０及び延設部２５が、センサチップ１２の中心点（傾動中心Ｏ）を中心として点対称となるように形成されており、各貫通孔２０において延設部２５が形成される２つの内側面２２，２２の組み合わせは、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に対応する領域毎に異なっている。

具体的には、同図４において右上の第１フォトダイオードＰＤ１の受光面１２ａ上に形成された遮光層１５において、延設部２５は、各貫通孔２０の左側の内側面２２と、各貫通孔２０の下側の内側面２２とに形成されている。このため、第１フォトダイオードＰＤ１は、左側若しくは下側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光するが、右側若しくは上側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光しない。また、図４において左上の第２フォトダイオードＰＤ２の受光面１２ａ上に形成された遮光層１５において、延設部２５は、各貫通孔２０の右側の内側面２２と、各貫通孔２０の下側の内側面２２とに形成されている。このため、第２フォトダイオードＰＤ２は、右側若しくは下側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光するが、左側若しくは上側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光しない。また、図４において左下の第３フォトダイオードＰＤ３の受光面１２ａ上に形成された遮光層１５において、延設部２５は、各貫通孔２０の右側の内側面２２と、各貫通孔２０の上側の内側面２２とに形成されている。このため、第３フォトダイオードＰＤ３は、右側若しくは上側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光するが、左側若しくは下側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光しない。また、図４において右下の第４フォトダイオードＰＤ４の受光面１２ａ上に形成された遮光層１５において、延設部２５は、各貫通孔２０の左側の内側面２２と、各貫通孔２０の上側の内側面２２とに形成されている。このため、第４フォトダイオードＰＤ４は、左側若しくは上側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光するが、右側若しくは下側に前記操作角度θだけ傾斜する方向から入射する光を受光しない。即ち、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４には、遮光層１５によって、互いに異なる指向性が付与されている。また、延設部２５は、各貫通孔２０において隣り合う略直交する２つの内側面２１，２２にわたって設けられているため、互いに直交する二方向において受光部２６に入射する光が延設部２５とは反対側へ傾斜すると各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量は少なくなる。

各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、対応するリードフレーム１４を介して前記制御装置７に電気的に接続されている。各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、その受光面１２ａでの受光量に応じた電気信号を、制御装置７に出力する。具体的には、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さい場合、Ｌレベルの電気信号を出力し、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と略等しい場合、Ｈレベルの電気信号を出力する。

図３に示すように、発光素子６は、レバー３が傾動操作された場合にセンサ装置５と接触しない程度にセンサ装置５から離間して設けられている。前記制御装置７からの制御信号に基づいて駆動回路９から駆動信号が出力されると、発光素子６は、レバー３の傾動軸Ａ１に沿った方向へ光を出射する。レバー３が中立位置Ｐ０にある場合、該レバー３の傾動軸Ａ１と、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａとが直交するため、発光素子６から出射された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに沿って該受光面１２ａに入射する。一方、レバー３が中立位置Ｐ０から各操作位置Ｐ１〜Ｐ８へ傾くと、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に入射する光の入射方向が、該レバー３の傾動量に応じて、受光面１２ａの垂線Ｎに対して傾斜する方向へ変化する。そして、レバー３が各操作位置Ｐ１〜Ｐ８に配置されレバー３が所定の操作角度θだけ傾くと、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に入射する光の入射方向は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して前記操作角度θだけレバー３の操作方向に応じた方向へ傾斜する。

また、センサ装置５は、センサチップ１２の中心が前記レバー３の傾動中心Ｏと一致するように、センサ支持台２ｄ上に配置されているため、レバー３は、前記受光面１２ａ上に位置する傾動中心Ｏを中心として傾動する。このため、発光素子６から出射された光は、レバー３の傾動量及び傾動方向にかかわらず、受光面１２ａ上の一点に向けて照射される。発光素子６から照射される光の照射領域は受光面１２ａの大きさよりも大きくなっている。

制御装置７は、具体的には図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるコンピュータユニットである。前記表示装置８には、機器の操作内容を示す複数の機能項目や表示装置８の画面上を移動する可視又は不可視のカーソルが表示される。制御装置７は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からの検出信号に基づいて、レバー３の操作位置を判断する。そして、制御装置７は、その判断結果に基づいて、前記カーソルを該操作位置に対応する方向へ移動させ所望の機能項目を選択する。

＜ジョイスティックの動作＞
次に、ジョイスティック１の動作について説明する。このように構成されたジョイスティック１は、レバー３が図１に示す方向に傾動操作されると、受光面１２ａに対する光の入射方向が変化し、その操作態様に応じて各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が変化する。

例えば、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合、レバー３の傾動軸Ａ１は受光面１２ａと直交し、発光素子６から出射された光は、該受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向から受光面１２ａに入射する。この場合、受光面１２ａに入射する光は、遮光層１５に遮られることなく第１〜第４フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａに受光される。このため、図６において中段中央の図に示すように、全てのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からＨレベルの検出信号が出力される。なお、図６は、レバー３が中立位置Ｐ０及び各操作位置Ｐ１〜Ｐ８にある場合に受光面１２ａに入射する光の入射方向からみたセンサチップ１２の図である。

レバー３が図１（ｂ）において上側の操作位置Ｐ１に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ上側に傾くと、発光素子６から出射された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して上側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において上段の中央の図に示すように、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して小さくなる。この場合、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２はＬレベルの検出信号を出力し、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４はＨレベルの検出信号を出力する。

また、レバー３が図１（ｂ）において右上側の操作位置Ｐ２に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ右上側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して右側と上側とに傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第３フォトダイオードＰＤ３に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において上段右の図に示すように、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第４フォトダイオードＰＤ４の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第３フォトダイオードＰＤ３からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において右側の操作位置Ｐ３に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ右側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して右側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第１フォトダイオードＰＤ１及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において中段右の図に示すように、第１フォトダイオードＰＤ１及び第４フォトダイオードＰＤ４の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第１フォトダイオードＰＤ１及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において右下側の操作位置Ｐ４に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ右下側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して右側と下側とに傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第１フォトダイオードＰＤ１、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第２フォトダイオードＰＤ２に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において下段右の図に示すように、第１フォトダイオードＰＤ１、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第１フォトダイオードＰＤ１、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第２フォトダイオードＰＤ２からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において下側の操作位置Ｐ５に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ下側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して下側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において下段中央の図に示すように、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第１フォトダイオードＰＤ１及び第２フォトダイオードＰＤ２からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において左下側の操作位置Ｐ６に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ左下側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して左側と下側とに傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第２フォトダイオードＰＤ２、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第１フォトダイオードＰＤ１に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において下段左の図に示すように、第２フォトダイオードＰＤ２、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第２フォトダイオードＰＤ２、第３フォトダイオードＰＤ３及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第１フォトダイオードＰＤ１からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において左側の操作位置Ｐ７に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ左側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して左側に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第１フォトダイオードＰＤ１及び第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において中段左の図に示すように、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３からＬレベルの検出信号が出力され、第１フォトダイオードＰＤ１及び第４フォトダイオードＰＤ４からＨレベルの検出信号が出力される。

また、レバー３が図１（ｂ）において左上側の操作位置Ｐ８に操作され、その傾動軸Ａ１が所定の操作角度θだけ左上側に傾くと、発光素子６から出力された光は、受光面１２ａの垂線Ｎに対して左側と上側とに傾斜する方向から受光面１２ａに入射する。このとき、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３に入射する入射光Ｌは遮光層１５に遮られ、第４フォトダイオードＰＤ４に入射する入射光Ｌは、各受光部２６に受光される。このため、図６において上段左の図に示すように、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第３フォトダイオードＰＤ３の受光量は、レバー３が中立位置Ｐ０に配置されている場合の受光量と比較して充分小さくなる。よって、第１フォトダイオードＰＤ１、第２フォトダイオードＰＤ２及び第４フォトダイオードＰＤ４からＬレベルの検出信号が出力され、第４フォトダイオードＰＤ４からＨレベルの検出信号が出力される。

このように、レバー３の各傾動方向への操作のそれぞれにおいて、第１〜第４フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光パターンの組み合わせが全て異なるため、制御装置７は、各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４からの検出信号の組み合わせに基づいて、レバー３の各傾動方向への操作を検知可能となる。即ち、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に応じて変化する受光面１２ａに対する光の入射方向の変化に基づいて、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８への操作を検出することが可能となる。このため、本実施の形態のように、第１〜第４フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａが常に照射領域に含まれるように配置されていても、レバー３の操作を検出することができる。ちなみに、指向性を持たない受光素子を採用した場合には、複数の受光素子を、その中の何れかの受光素子が照射領域からずれた位置に位置するように配設する必要があり、その分、操作位置検出装置の大型化につながってしまう。

また、レバー３は、受光面１２ａ上に位置する傾動中心Ｏを中心として傾動するため、発光素子６からの光は、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８にかかわらず、受光面１２ａ上の一点に向けて出射される。ここで、例えば、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に応じて光の照射領域が移動する場合、発光素子６から出射された光がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４とは異なる他の部材を含んだ領域に照射され、該他の部材で反射した光がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に入射し、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が変化してしまう虞がある。この点、本実施の形態によれば、発光素子６からの光は、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８にかかわらず、受光面１２ａ上の一点に向けて出射されるため、他の部材に反射した光がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に入射し該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が変化してしまうことはない。

次に、上記実施の形態の作用効果を以下に記載する。
（１）操作位置検出装置４のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａ上には、受光面１２ａの垂線Ｎに対して一側（延設部２５とは反対側）に傾斜する方向から受光面１２ａに入射する入射光を遮光する遮光層１５が形成されている。このため、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に応じてフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａに対する光の入射方向が一側に傾斜する方向に変化すると、受光面１２ａに入射する入射光Ｌが遮光層１５に遮られ、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が変化する。このため、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａが常に光の照射領域に含まれるように配置されていてもレバー３の操作を検出することができるため、操作位置検出装置４の小型化を図ることができる。

（２）同一のチップ上に配置された複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４は、遮光層によって、互いに異なる指向性が付与されている。このため、レバー３が任意の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に操作されると、センサチップ１２に設けられた４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４のうち、該操作位置Ｐ１〜Ｐ８に対応する方向から受光面１２ａに入射する入射光を遮光する遮光層１５が形成されているフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が低下する。このため、複数方向におけるレバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８を検出することができる。

（３）複数のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が１つのチップ上に設けられているため、該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の集中化が図られ、操作位置検出装置４のより一層の小型化を図ることができる。

（４）レバー３は、受光面１２ａ上に位置する傾動中心Ｏを中心として傾動するため、発光素子６からの光は、レバー３の操作位置Ｐ１〜Ｐ８にかかわらず、受光面１２ａ上の一点に向けて出射される。このため、他の部材に反射した光がフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に入射し該フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が変化してしまうといった懸念はない。

（５）また、レバー３は、受光面１２ａ上に位置する傾動中心Ｏを中心として傾動するため、レバー３が傾動操作された場合でも、センサチップ１２と発光素子６との間の距離はほとんど変化しない。このため、レバー３が中立位置Ｐ０にある状態で発光素子６から出射された光を各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が受光した場合の受光量と、レバー３が各操作位置Ｐ１〜Ｐ８にある状態で発光素子６から出射された光を各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４が受光した場合の受光量の差を小さくすることができる。

（６）延設部２５は、各貫通孔２０において隣り合う略直交する２つの内側面２１，２２にわたって設けられているため、互いに直交する二方向において受光部２６に入射する光が延設部２５とは反対側へ傾斜すると各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が少なくなる。このため、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の出力信号の組み合わせに基づいて、レバー３の８方向の傾動操作を検出することができる。

尚、本実施の形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施の形態では、発光素子６をレバー３側に固定したがこのような態様に限定されない。例えば、レバー３に対向配置される固定側の固定部材に発光素子６を固定し、レバー３側に反射部材を設ける。そして、発光素子６からレバー３側に出射され前記反射部材によってレバー３の操作に応じた方向へ反射された光をセンサチップ１２が受光するようにしてもよい。このような構成によれば、発光素子６が固定側の固定部材に設けられるため、傾動操作されるレバー３の構成が簡素化され、当該レバー３の小型化を図ることができる。

・上記実施の形態では、１つのセンサチップ１２に４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を形成したが、このような態様に限定されず、例えば４つのチップにそれぞれ１つずつフォトダイオードを形成し、該４つのチップをパッケージ化してもよい。なお、この場合、遮光層により同一の指向性が付与された同一のセンサチップを４つ用い、パッケージ内におけるそれら４つのセンサチップの配置を変更したり回転させたりすることにより、各センサチップのフォトダイオードにそれぞれ異なる指向性を付与することができるため、汎用性が向上する。また、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を１つのパッケージに収容したが、４つのフォトダイオードをそれぞれ異なるパッケージに収容してもよい。なお、この場合、遮光層により同一の指向性が付与された同一のセンサ装置を４つ用い、当該センサ装置が実装される基板５ａ上におけるそれら４つのセンサ装置の配置を変更したり回転させたりすることにより、各センサ装置のフォトダイオードにそれぞれ異なる指向性を付与することができるため、汎用性が向上する。１つのセンサチップに形成するフォトダイオードの数や、１つのセンサ装置に設けるフォトダイオードの数は、適宜変更可能である。

・上記実施の形態では、遮光層１５によって指向性が付与された４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４によりレバー３の８方向への操作を検出するようにしたが、このような態様に限定されず、フォトダイオードの数はレバー３の操作パターンや操作方向の数に応じて適宜変更可能である。なお、上記実施の形態のように、延設部２５を、各貫通孔２０において隣り合う略直交する２つの内側面２１，２２に設けた場合、互いに直交する二方向（上下方向及び左右方向）において受光部２６に入射する光が延設部２５とは反対側へ傾斜すると各フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光量が少なくなる。このため、互いに直交する二方向における一側への操作を単一のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４によって検出することができる。

・上記実施の形態では、遮光層１５は、受光面１２ａの垂線Ｎに沿った方向から見て、貫通孔２０及び延設部２５が、当該センサチップ１２の中心点（傾動中心Ｏ）を中心として点対称となるように形成したが、このような態様に限定されず、レバー３の操作パターンや操作方向の数に応じて適宜変更可能であり、例えば線対称や、千鳥格子状でもよく、同心円状等に形成してもよい。なお、フォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａの面積が等しい場合、遮光層１５における貫通孔２０の数を多くするほど、貫通孔２０の一側の内側面２１，２２と受光部２６の他側の端部との間の距離Ｄ１，Ｄ２が小さくなるため、貫通孔２０の内側面２１，２２の高さＨを小さくすることが可能となり、遮光層１５をより薄くすることができる。

・上記実施の形態では、遮光層１５を、黒色に着色された樹脂材料から、受光面１２ａの面方向において均一の厚さで形成したが、このような態様に限定されず、遮光層１５の色、材料は、受光面１２ａに入射する光を遮光できるものであれば適宜変更可能であり、また、遮光層１５の厚さも均一でなくてもよい。

・上記実施の形態では、延設部２５を、各貫通孔２０において隣り合う略直交する２つの内側面２２，２２に設けたが、このような態様に限定されず、例えば、１つの内側面２２に設けるようにしてもよい。この場合、レバー３の、一方向（左右方向、若しくは上下方向）における延設部２５とは反対側への操作を単一のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４によって検出することができる。

・上記実施の形態では、受光した光を電気信号に変換する受光素子としてフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４を用いたが、例えばフォトトランジスタ等、他の受光素子を用いてもよい。

・上記実施の形態では、延設部２５が設けられた貫通孔２０の内側面２２を、階段状に形成したが、図５（ｂ）に示すように、遮光層１５ａにおいて延設部２５ａが設けられた貫通孔２０ａの内側面２２ａを、受光面１２ａから離間するほど貫通孔２０ａの外側に傾斜する傾斜面としてもよい。

・上記実施の形態では、中立位置Ｐ０から８方向の操作位置Ｐ１〜Ｐ８に傾動操作されるジョイスティック１に具体化したが、スライド操作されるスイッチに具体化してもよい。なお、この場合、例えば基台２に対して傾動可能に設けられた傾動部材の一端にスライド操作されるスイッチの操作部材を連結し、前記傾動部材の他端側に発光素子を設け、操作部材のスライド位置に応じて傾動部材が傾斜するように構成する。このようにすれば、操作部材のスライド位置に応じてフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４の受光面１２ａに対する光の入射方向が一側に傾斜する方向に変化するため、上記実施の形態と同様、操作部材の操作位置に応じて変化する受光面に対する光の入射方向の変化に基づいて、操作部材の操作位置への操作を検出することができる。

次に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
（イ）前記遮光層は、多数の貫通孔と、各貫通孔の開口部から入射する光の内、前記受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する光を遮光するように形成された前記内側面から当該貫通孔の内側に延びる延設部とを備えることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の操作位置検出装置。本発明によれば、各貫通孔の内側面から当該貫通孔の内側に延びる延設部によって、各貫通孔の開口部から入射する光の内、受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から受光面に入射する光が遮光される。このため、受光素子に指向性を付与することができる。

（ロ）前記遮光層は、第１の方向において前記受光面に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮光するとともに、前記第１の方向に対して直交する第２の方向において前記受光面に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮光することを特徴とする請求項１〜３及び前記（イ）に記載の操作位置検出装置。本発明によれば、操作部材の互いに直交する二方向における一側への操作を単一の受光素子によって検出することができる。

（ハ）前記照射手段は、前記操作部材に対向配置される固定側の固定部材に設けられる発光手段と、前記発光手段から前記操作部材側に出射された光を前記操作部材の操作位置への操作に応じて異なる方向へ反射する反射手段とを備えることを特徴とする請求項１又は２及び前記（イ）及び（ロ）に記載の操作位置検出装置。本発明によれば、発光手段が固定側の固定部材に設けられるため、傾動操作される操作部材の構成が簡素化され、当該操作部材の小型化を図ることができる。

（ａ）は光学式入力装置の構成を概略的に示す一部断面図、（ｂ）は当該光学式入力装置の操作パターンを説明するためのレバーを軸方向から見た平面図。 センサ装置の平面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 受光素子の中心部分の拡大平面図。 （ａ）は図４のＢ−Ｂ線断面図、（ｂ）は遮光層の別例を示す拡大図。 各操作位置における受光素子の受光状態を示す図。

符号の説明

３…操作部材としてのレバー、４…操作位置検出装置、５…センサ装置、６…照射手段を構成する発光手段としての発光素子、１２…センサチップ、１２ａ…受光面、１３…パッケージ、１５，１５ａ…遮光層、Ｃ…チップ、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…入射光、Ｎ…垂線、Ｏ…傾動中心、Ａ１…傾動軸、Ｐ１〜Ｐ８…操作位置、ＰＤ１〜ＰＤ４…受光素子としてのフォトダイオード。

Claims (5)

1. 操作部材の操作に伴い受光素子の受光量を変化させ、該受光量に応じて前記受光素子から出力される電気信号に基づいて前記操作部材の操作位置を検出する操作位置検出装置であって、
   前記操作部材の操作に応じて傾動し該操作部材の操作位置に対応する方向から前記受光素子の受光面に光を照射する照射手段を備え、
   前記受光素子は、前記受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮る、前記受光面上に形成された遮光層によって、指向性が付与されていることを特徴とする操作位置検出装置。
2. 複数の前記受光素子を組み合わせて使用し、これらは、前記遮光層によって、互いに異なる指向性が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の操作位置検出装置。
3. 複数の前記受光素子は、同一のチップ上に設けられることを特徴とする請求項２に記載の操作位置検出装置。
4. 前記照射手段は、前記受光面上に位置する傾動中心を中心として傾動可能に設けられた前記操作部材に固定され前記受光面に対向する発光手段であり、前記操作部材の傾動軸に沿った方向へ光を出射することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の操作位置検出装置。
5. 受光面で受光した光を電気信号に変換する受光素子が樹脂材料からなるパッケージにモールドされてなるセンサ装置であって、
   前記受光素子は、前記受光面の垂線に対して一側に傾斜する方向から前記受光面に入射する入射光を遮る、前記受光面上に形成された遮光層によって、指向性が付与されていることを特徴とするセンサ装置。

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