JP2010177021A - 傾斜センサ - Google Patents

Abstract

【課題】より多くの傾斜状態を検出することができる傾斜センサを提供すること。
【解決手段】発光素子５および複数の受光素子、転動体８、転動体８を収容しているとともに、方向ｘ，ｙ，ｚにおける転動体８の移動を可能としており、かつ、発光素子５からの光を上記受光素子のいずれにも到達させない完全遮光位置ｐ１と発光素子５からの光を上記受光素子のいずれかのみに到達させない複数の一部遮光位置と、発光素子５からの光を上記受光素子のいずれにも到達させる非遮光位置ｐ３とから構成される検出位置を、重力方向の変化により転動体８にとらせる空隙部７４、を備え、方向ｘ，ｙ，ｚにおける空隙部７４の両端にそれぞれ、上記検出位置の２つが位置している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、傾斜センサに関する。

図９および図１０は、従来の傾斜センサの一例を示している。同図に示された傾斜センサＸは、基板９１、ケース９２、カバー９３、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂ、発光素子９５、および転動体９６を備えている。なお、図１０においては、理解の便宜上カバー９３を省略している。１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂおよび発光素子９５は、基板９１の表面に搭載されており、ケース９２に囲まれている。ケース９２およびカバー９３によって空隙部９２ａが形成されている。この空隙部９２ａは、発光素子９５からの光が入射され、またケース９２の各部によって反射された光を１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂへと到達させうる形状とされている。空隙部９２ａには、転動体９６が収容されている。転動体９６は、円柱形状であり、空隙部９２ａ内をｘｙ面に沿って転動可能とされている。基板９１の裏面には、たとえば回路基板への面実装に用いられる実装端子が形成されている。

図１０に示された状態は、転動体９６が重力にしたがって発光素子９５と重なる位置にある状態である。このとき、発光素子９５から発せられたほとんどすべての光が転動体９６によって遮られるため、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂのいずれにも光は到達しない。次に、傾斜センサＸを、図１０に示された状態から左に傾けると、転動体９６は受光素子９４Ａと重なる位置をとる。この状態においては、発光素子９５からの光が受光素子９４Ｂにのみによって受光される。反対に、傾斜センサＸを、図１０に示された状態から右に傾けると、転動体９６は受光素子９４Ｂと重なる位置をとる。この状態においては、発光素子９５からの光は受光素子９４Ａのみによって受光される。傾斜センサＸをたとえば回路基板に実装すれば、この回路基板と直角に延びる軸を回転中心として回路基板が傾けられたことを１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂの受光信号を監視することにより検出することができる。このような傾斜センサＸを用いることにより、たとえば携帯電話機の表示画面を閲覧している使用者が、その表示画面を縦向きもしくは横向きにしたことを検出し、それに応じて表示画面に表示させる画像の向きを変更するといった処理が可能となる。

このような傾斜センサＸは、図１０に示された姿勢から方向ｚ（図９参照）に延びる線を軸として回転した場合における傾斜状態を検出するために用いられることを前提としている。そのため、傾斜センサＸが図１０に示された姿勢から方向ｘに延びる線を軸として回転した場合、傾斜センサＸによって、このときの傾斜状態を検出することは困難である。傾斜センサＸを多様な用途に用いるには、より多くの傾斜状態を検出できることが好ましい。

特開２００７−１３９６４３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、より多くの傾斜状態を検出することができる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、発光素子および複数の受光素子、転動体、上記転動体を収容しているとともに、第１の方向、上記第１の方向と異なる第２の方向、並びに上記第１および第２の方向と異なる第３の方向における上記転動体の移動を可能としており、かつ、上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれにも到達させない完全遮光位置と上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれかのみに到達させない複数の一部遮光位置とから構成され、または、上記完全遮光位置と複数の上記一部遮光位置と上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれにも到達させる非遮光位置とから構成される検出位置を、重力方向の変化により上記転動体にとらせる空隙部、を備え、上記第１、第２、および第３の方向における上記空隙部の両端にそれぞれ、上記検出位置の２つが位置していることを特徴としている。

このような構成によれば、上記第１、第２、および第３の方向の前後方向のいずれが上記重力方向を向いている場合でも、上記傾斜センサの傾斜状態を検出できる。これにより、より多くの傾斜状態を検出することが可能となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部は、上記発光素子からの光が出射される出射口と上記完全遮光位置において、上記受光素子に向けて光が入射する入射口と上記一部遮光位置においてつながっている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部は球形状とされている、このような構成によれば、上記転動体が転がりやすくなる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部は、上記出射口および上記入射口が頂点のいずれかに位置する正八面体状とされている。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１、第２、および第３の方向は、互いに直交している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の方向における上記空隙部の両端には、上記完全遮光位置と上記一部遮光位置が位置している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記第１の方向における上記空隙部の両端には、上記完全遮光位置と上記非遮光位置が位置している。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記転動体は球形である。このような構成によれば、上記転動体が転がりやすくなる。

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。

本発明の第１実施形態にかかる傾斜センサの一例を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 本発明にかかる傾斜センサの使用方法を示した図である。 本発明にかかる傾斜センサの使用方法を示した図である。 本発明にかかる傾斜センサの使用方法を示した図である。 本発明の第２実施形態にかかる傾斜センサの一例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる傾斜センサの一例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。 従来の傾斜センサの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図６を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる傾斜センサの一例を示す斜視図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。

これらの図に示された傾斜センサＡ１は、図１に示すように、回路基板Ｓに面実装された状態で、重力方向に対する回路基板Ｓの傾斜を検出するために用いられるものである。傾斜センサＡ１は、そのサイズが１．５〜３．０ｍｍ角程度とされている。図２、図３に表れているように、傾斜センサＡ１は、基板１、側面基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ、カバー基板３、発光素子５、受光素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ、樹脂部７、および転動体８を備えている。なお、方向ｘ，ｙ，ｚが互いになす角は、それぞれ９０度である。

図２に示すように、基板１は、矩形状の絶縁基板である。基板１は、ｙｚ平面に広がっている。基板１は、たとえばガラスエポキシ樹脂から構成されている。基板１には、配線パターン（図示略）が形成されている。この配線パターンは、たとえばＣｕ−Ｎｉ−Ａｕメッキ層からなる。この配線パターンは、基板１の表裏面に形成された部分と、これらの部分を導通させるスルーホール部分と、を有している。この配線パターンの基板１の表面（図２において上側）に形成された部分には、発光素子５がダイボンディングされている。一方、この配線パターンの基板１の裏面（図２において下側）に形成された部分は、傾斜センサＡ１を回路基板Ｓに面実装するための実装端子として用いられる。

発光素子５は、たとえば赤外線発光ダイオードなどとされている。本実施形態においては、発光素子５のサイズは、０．２５ｍｍ角程度とされている。なお、発光素子５として、可視光などの赤外光と異なる波長の光を発するダイオードを用いてもよい。

図２、図３に示すように、側面基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、矩形状の絶縁基板である。側面基板２ａ〜２ｄは、いずれも基板１に対して起立している。図３に示すように、側面基板２ａ，２ｃは、方向ｙに沿って延びているとともに互いに向かい合っている。側面基板２ｂ，２ｄは、方向ｚに沿って延びているとともに互いに向かい合っている。側面基板２ａ〜２ｄは、ガラスエポキシ樹脂から構成されている。側面基板２ａ〜２ｄは、方向ｘの端部において基板１の表面とそれぞれ接着されている。図３に示すように、側面基板２ａ〜２ｄは、隣り合うものどうしが接着され、ｙｚ平面視において枠状となっている。側面基板２ａ〜２ｄの表面（図３における枠の内側）には、配線パターン（図示略）が形成されている。この配線パターンは、基板１と同様に、たとえばＣｕ−Ｎｉ−Ａｕメッキ層からなる。

図２、図３に示すように、受光素子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄは、側面基板２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに形成された上記配線パターンに、それぞれダイボンディングされている。受光素子６ａ，６ｃは互いに対向している。受光素子６ｂ，６ｄは互いに対向している。受光素子６ａ〜６ｄは、たとえばフォトトランジスタであり、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。受光素子６ａ〜６ｄのサイズは、０．６ｍｍ×０．４ｍｍ程度とされている。

樹脂部７は、基板１上に配置されており、かつ、側面基板２ａ〜２ｄに囲まれている。樹脂部７は、たとえばエポキシ樹脂により構成されている。樹脂部７の内部には、空隙部７４が形成されている。樹脂部７と基板１とに囲まれることにより、収容空間７１が形成されている。同様に、樹脂部７と側面基板２ａ〜２ｄとにそれぞれ囲まれることにより、収容空間７２ａ〜７２ｄが形成されている。

図２に示すように、収容空間７１は発光素子５を収容している。収容空間７１と空隙部７４との隙間には、出射口７６が設けられている。出射口７６は、発光素子５からの光を空隙部７４へと出射する経路となっている。

図３によく表れているように、収容空間７２ａ〜７２ｄは、それぞれ受光素子６ａ〜６ｄを収容している。収容空間７２ａ〜７２ｄと空隙部７４との隙間には、入射口７７ａ〜７７ｄがそれぞれ設けられている。入射口７７ａ〜７７ｄは、空隙部７４から受光素子６ａ〜６ｄへと光が入射する経路となっている。

空隙部７４は、転動体８を収容する空間であって、傾斜センサＡ１の姿勢に応じた所定の位置に移動させるためのものである。本実施形態では、空隙部７４は、球形状とされている。空隙部７４は、出射口７６および入射口７７ａ〜７７ｄとつながっている。

転動体８は、傾斜センサＡ１の姿勢に応じて空隙部７４内を移動することにより、発光素子５からの光が受光素子６ａ〜６ｄ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８は、球形状とされている。転動体８は、直径が０．７〜０．８ｍｍとされている。転動体８は、たとえばステンレスまたはタングステンなどの比較的高密度な金属から構成されている。

次に、傾斜センサＡ１による傾斜方向の検出について説明する。

まず、図２、図３は、傾斜センサＡ１が初期姿勢とされた状態を示している。図２および図４〜図６は、いずれも図下方が鉛直方向下方である。図２の場合、転動体８は、空隙部７４のうち出射口７６の正面に位置している。出射口７６は転動体８により塞がれている。このときの転動体８の位置を完全遮光位置ｐ１と呼ぶ。そのため、完全遮光位置ｐ１は、方向ｘにおける空隙部７４の一端に位置しているといえる。また、完全遮光位置ｐ１において、空隙部７４は出射口７６とつながっている。完全遮光位置ｐ１は、本発明における検出位置の１つである。

転動体８が完全遮光位置ｐ１に位置しているとき、発光素子５からの光は転動体８によって遮られる。そのため、この光は、受光素子６ａ〜６ｄのいずれにも到達しない。したがって、受光素子６ａ〜６ｄのいずれからも受信信号が出力されていないときには、転動体８が完全遮光位置ｐ１にあり、傾斜センサＡ１が鉛直方向に対して図２に示された姿勢であることを認識できる。

次に、図４に、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から紙面に垂直な方向（方向ｙ）に沿って延びる軸を中心に、反時計まわりに約９０度回転させた状態を示す。この回転において、転動体８は、重力に従って、方向ｚにおける空隙部７４の一端に向かって移動する。そして、転動体８は、空隙部７４のうち入射口７７ａの正面に位置する。入射口７７ａは転動体８により塞がれた格好となる。このときの転動体８の位置を一部遮光位置ｐ２ａと呼ぶ。そのため、一部遮光位置ｐ２ａは、方向ｚにおける空隙部７４の一端に位置しているといえる。また、一部遮光位置ｐ２ａにおいて、空隙部７４は入射口７７ａとつながっている。一部遮光位置ｐ２ａは、本発明における検出位置の１つである。

転動体８が一部遮光位置ｐ２ａに位置しているとき、発光素子５からの光は、受光素子６ａには到達しない。一方、発光素子５からの光は、受光素子６ａ以外の受光素子６ｂ，６ｃ，６ｄには到達する。したがって、受光素子６ｂ，６ｃ，６ｄのみから受光信号が出力されているときには、転動体８が一部遮光位置ｐ２ａに位置しており、傾斜センサＡ１が鉛直方向に対して本図に示された姿勢であることを認識できる。

次に、図５に、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から紙面に垂直な方向（方向ｙ）に沿って延びる軸を中心に、時計回りに約９０度回転させた状態を示す。この回転において、転動体８は、重力に従って、方向ｚにおける空隙部７４の他端に向かって移動する。そして、転動体８は、空隙部７４のうち入射口７７ｃの正面に位置する。入射口７７ｃは転動体８により塞がれた格好となる。このときの転動体８の位置を一部遮光位置ｐ２ｃと呼ぶ。そのため、一部遮光位置ｐ２ｃは、方向ｚにおける空隙部７４の他端に位置しているといえる。また、一部遮光位置ｐ２ｃにおいて、空隙部７４は入射口７７ｃとつながっている。一部遮光位置ｐ２ｃは、本発明における検出位置の１つである。

転動体８が一部遮光位置ｐ２ｃに位置しているとき、発光素子５からの光は、受光素子６ｃには到達しない。一方、発光素子５からの光は、受光素子６ｃ以外の受光素子６ａ，６ｂ，６ｄには到達する。したがって、受光素子６ａ，６ｂ，６ｄのみから受光信号が出力されているときには、転動体８が一部遮光位置ｐ２ｃに位置しており、傾斜センサＡ１が鉛直方向に対して本図に示された姿勢であることを認識できる。

次に、図６に、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から紙面に垂直な方向（方向ｙ）に沿って延びる軸を中心に、約１８０度回転させた状態を示す。この回転において、転動体８は、重力に従って、方向ｘにおける空隙部７４の他端に向かって移動する。そして、転動体８は、空隙部７４のうち出射口７６とは反対側の部分に位置する。転動体８は、出射口７６、入射口７７ａ〜７７ｄのいずれをも塞がない。このときの転動体８の位置を非遮光位置ｐ３と呼ぶ。そのため、非遮光位置ｐ３は、方向ｘにおける空隙部７４の他端に位置しているといえる。非遮光位置ｐ３は、本発明における検出位置の１つである。

転動体８が非遮光位置ｐ３に位置しているとき、発光素子５からの光は、出射口７６から空隙部７４へと出射される。この光は、転動体８に遮られることなく、入射口７７ａ〜７７ｄを経由して、受光素子６ａ〜６ｄのいずれにも到達する。したがって、受光素子６ａ〜６ｄのいずれもから受光信号が出力されるときには、転動体８が非遮光位置ｐ３に位置しており、傾斜センサＡ１が本図に示された姿勢であることを認識できる。

図示していないが、図２、図３に示した姿勢から方向ｚに沿って延びる軸を中心として傾斜センサＡ１が回転することで、転動体８が移動し、入射口７７ｂ，７７ｄを塞ぐ場合がある。図３に示すように、そのときの転動体８の位置をそれぞれ、一部遮光位置ｐ２ｂ，ｐ２ｄと呼ぶ。一部遮光位置ｐ２ｂは方向ｙにおける空隙部７４の一端に、一部遮光位置ｐ２ｄは方向ｙにおける空隙部７４の他端に、それぞれ位置している。また、一部遮光位置ｐ２ｂにおいて、空隙部７４は入射口７７ｂとつながっている。一部遮光位置ｐ２ｄにおいて、空隙部７４は入射口７７ｄとつながっている。転動体８が一部遮光位置ｐ２ｂ，ｐ２ｄに位置している場合も、上述したのと同様に、傾斜センサＡ１の姿勢を認識できる。一部遮光位置ｐ２ｂ，ｐ２ｄはそれぞれ、本発明における検出位置の１つである。

次に、傾斜センサＡ１の作用について説明する。

図２に示した姿勢から、方向ｙを軸方向として傾斜センサＡ１が傾斜または回転した場合、転動体８は、完全遮光位置ｐ１、一部遮光位置ｐ２ａ，ｐ２ｃ、または非遮光位置ｐ３に位置する。一方、図２に示した姿勢から、方向ｚを軸として傾斜センサＡ１が傾斜または回転した場合、転動体８は、完全遮光位置ｐ１、一部遮光位置ｐ２ｂ，ｐ２ｄ、非遮光位置ｐ３に位置する。そのため、傾斜センサＡ１は、方向ｘ，ｙ，ｚの双方向（すなわち６方向）のいずれが鉛直方向の下方を向いているかを検出することができる。このようにして、より多くの傾斜状態を検出可能な傾斜センサＡ１が提供される。

転動体８は、球形状である。そのため、転動体８が、空隙部７４をスムースに転動しつつ、出射口７６、入射口７７ａ〜７７ｄを隙間なく塞ぐのに適している。

図７、図８は、本発明の第２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７は、ｘｚ平面視の傾斜センサＡ２の断面図である。図７は、第１実施形態にかかる図２に対応する。図８は、ｙｚ平面視の傾斜センサＡ２の断面図である。図８は、第１実施形態にかかる図３に対応する。これらの図に示された傾斜センサＡ２は、空隙部７４が、出射口７６、入射口７７ａ〜７７ｄを頂点に位置させる正八面体状である点において、第１実施形態にかかる傾斜センサＡ１と相違する。さらに、傾斜センサＡ２は、傾斜センサＡ１における発光素子５および受光素子６ａが入れ替わって配置されている点においても、傾斜センサＡ１と相違する。この入れ替えに伴って、傾斜センサＡ２においては、傾斜センサＡ１に対して、収容空間７１と収容部７２ａ、出射口７６と入射口７７ａ、完全遮光位置ｐ１と一部遮光位置ｐ２ａ、がそれぞれ入れ替わっている。

図７、図８に表れているように、方向ｚにおける空隙部７４の両端には、完全遮光位置ｐ１と一部遮光位置ｐ２ｃとが配置されている。一方、方向ｘにおける空隙部７４の両端には、非遮光位置ｐ３と一部遮光位置ｐ２ａとが配置されている。

本実施形態によれば、空隙部７４が正八面体状であるため、出射口７６、入射口７７ａ〜７７ｄをつなぐ空隙部７４の内面が平面状となる。そのため、転動体８が、完全遮光位置ｐ１、一部遮光位置ｐ２ａ〜ｐ２ｄ、非遮光位置ｐ３のいずれに位置しているかを的確に検出することができる。また、第１実施形態と同様の効果ももちろん有する。

本発明の範囲は、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。上記実施形態では非遮光位置ｐ３を有する傾斜センサＡ１，Ａ２を示したが、非遮光位置ｐ３を設けず、追加の一部遮光位置を設けた構成としてもよい。第１実施形態で示した球形状の空隙部７４を有する傾斜センサＡ１において、発光素子５、受光素子６ａ〜６ｄを、第２実施形態で示したように配置してもよいのはもちろんである。同様に、第２実施形態で示した正八面体状の空隙部７４を有する傾斜センサＡ２において、発光素子５、受光素子６ａ〜６ｄを、第１実施形態で示したように配置してもよい。

上記実施形態では、非遮光位置ｐ３、一部遮光位置ｐ２ａ〜ｐ２ｄ、完全遮光位置ｐ１どうしが完全に向かい合っている例を示したが、本発明にかかる傾斜センサはこれに限られない。たとえば、非遮光位置ｐ３と完全遮光位置ｐ１とが、方向ｘ視において完全に重なっている必要はなく、方向ｘ視において異なる位置に配置されていてもかまわない。また、発光素子５、受光素子６ａ〜６ｄのいずれもが、基板１に配置されていてもよい。

本発明にかかる第１、第２、および第３の方向どうしのなす角を直角以外の角度に調整することで、本発明にかかる傾斜センサによって検出可能な傾斜角を調整することができる。

Ａ１，Ａ２ 傾斜センサ
Ｓ 回路基板
１ 基板
２ａ〜２ｄ 側面基板
３ カバー基板
５ 発光素子
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ 受光素子
７ 樹脂部
７１，７２ａ〜７２ｄ 収容空間
７４ 空隙部
ｐ１ 完全遮光位置（検出位置）
ｐ２ａ〜ｐ２ｄ 一部遮光位置（検出位置）
ｐ３ 非遮光位置（検出位置）
７６ 出射口
７７ａ〜７７ｄ 入射口
８ 転動体
ｘ （第１の）方向
ｙ （第２の）方向
ｚ （第３の）方向

Claims (8)

1. 発光素子および複数の受光素子、
   転動体、
   上記転動体を収容しているとともに、第１の方向、上記第１の方向と異なる第２の方向、並びに上記第１および第２の方向と異なる第３の方向における上記転動体の移動を可能としており、かつ、上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれにも到達させない完全遮光位置と上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれかのみに到達させない複数の一部遮光位置とから構成され、または、上記完全遮光位置と複数の上記一部遮光位置と上記発光素子からの光を上記受光素子のいずれにも到達させる非遮光位置とから構成される検出位置を、重力方向の変化により上記転動体にとらせる空隙部、を備え、
   上記第１、第２、および第３の方向における上記空隙部の両端にそれぞれ、上記検出位置の２つが位置していることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 上記空隙部は、上記発光素子からの光が出射される出射口と上記完全遮光位置において、上記受光素子に向けて光が入射する入射口と上記一部遮光位置においてつながっている、請求項１に記載の傾斜センサ。
3. 上記空隙部は球形状とされている、請求項２に記載の傾斜センサ。
4. 上記空隙部は、上記出射口および上記入射口が頂点のいずれかに位置する正八面体状とされている、請求項２に記載の傾斜センサ。
5. 上記第１、第２、および第３の方向は、互いに直交している、請求項１ないし３のいずれかに記載の傾斜センサ。
6. 上記第１の方向における上記空隙部の両端には、上記完全遮光位置と上記一部遮光位置が位置している、請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜センサ。
7. 上記第１の方向における上記空隙部の両端には、上記完全遮光位置と上記非遮光位置が位置している、請求項１ないし５のいずれかに記載の傾斜センサ。
8. 上記転動体は球形である、請求項１ないし６のいずれかに記載の傾斜センサ。