JP4739932B2 - 光学式多入力スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、光学式多入力スイッチに関するものであり、詳しくは、光を検出媒体として光学系によって構成され、操作レバーの傾斜方向、回転角度及び昇降を検出する光学式多入力スイッチに関する。

従来、複数の操作手段を有する多入力スイッチには以下のようなものが提案されている。それは、図１７に示すように、多入力スイッチ５０の操作レバー５１の押圧操作による押圧有無を検出する第１スイッチ部５２と、前記操作レバー５１の揺動操作による揺動方向を検出する第２スイッチ部５３と、前記操作レバー５１の回転操作による回転角度を検出する第３スイッチ部５４とで構成されており、第１スイッチ部５２には押釦スイッチ５５、第２スイッチ部５３にはポテンションメータ５６、第３スイッチ部５４にはフォトカプラ５７が夫々検出用センサとして配設されている。

そして、第１スイッチ部５２の検出方法は、操作レバー５１の一方の端部に取付けられたノブ５８を下方に押圧操作することによって操作レバー５１の他方の端部に取付けられた作動杆５９が降下して押釦スイッチ５５をＯＮ作動させ、押圧力を解除することによってコイルバネ６０の付勢力で操作レバー５１が元の状態に復帰し、作動杆５９が上昇して押釦スイッチ５５をＯＦＦ作動させる。

第２スイッチ部５３の検出方法は、長孔６１が形成された一対の略半円状の可動アーム６２が互いに直交するように配列され、夫々の可動アーム６２の両端部には軸部６３が設けられてポテンションメータ５６の回転軸６４に固着され、夫々の長孔６１が交差する位置に操作レバー５１が挿通されている。そして、ノブ５８を所望方向に揺動操作することによって可動アーム６２に設けられた軸部６３を介してポテンションメータ５６の回転軸６４が回転されて操作レバー５１の揺動方向が検出され、揺動力を解除することによってコイルバネ６０の付勢力で操作レバー５１が元の状態に復帰し、可動アーム６２の軸部６３を介してポテンションメータ５６の回転軸６４が中立回転位置まで戻って該ポテンションメータ５６を中立状態に復帰させる。

第３スイッチ部５４の検出方法は、操作レバー５１の端部に設けられた作動杆５９に光反射体６５が形成されており、ノブ５８を回転操作するとフォトカプラ５７の発光部６６から出射して作動杆５９の光反射体６５で反射された光がフォトカプラ５７の受光部６７で受光され、受光された光信号が回転角度検出器６８に出力されて該回転角度検出器６８によってそのときの操作レバー５１の回転角が検出されるものである（例えば、特許文献１参照。）。
実開平５−５５４３３号公報

ところで、上記構成の多入力スイッチ５０は、構成要素の中に機械的接点を有しているために長期間の使用に際して耐久性及び検出信頼性に問題がある。

また、操作レバー５１の揺動操作による揺動方向の検出については、センサとなるポテンションメータ５６にその出力を電圧変換、Ａ／Ｄ変換などの信号処理を行なう外付け部品及び回路を設ける必要があり、全体構成が複雑になってコストアップの要因となる。

また、操作レバー５１の回転操作による回転角の検出については、回転角の相対変位は検出できても基準位置に対する絶対変位は検出することができない。

同様に、操作レバー５１の回転操作による回転角の検出については、操作レバー５１の回転速度によっては検出もれが生じ、検出精度の低下を齎す可能性がある。

そこで、本発明は上記問題に鑑みて創案なされたもので、その目的とするところは、高い検出確度で絶対変位量が検出でき、耐久性や信頼性に優れた光学式多入力スイッチを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載された発明は、基板上に１個のフォトセンサと、該フォトセンサを中心とする略同一円上の略等中心角度毎の位置に複数個のＬＥＤと、前記フォトセンサを囲むように前記複数個のＬＥＤの数と同一の数の複数個の貫通孔を設けた第１のマスクとが載設され、略平板の中央部から延びた棒部を有する導光体の棒部側に、前記導光体の略平板に略平行に遮光性の略平板の一部に光が通過するスリットを設けた第２のマスクが、前記導光体の棒部の端部に開口を有し側壁に複数の貫通孔を設けた第３のマスクが夫々一体化され、前記夫々のＬＥＤは前記基板面に略垂直な方向と前記基板面に略平行で且つ前記フォトセンサに向かう方向の両方向に光軸を向けて載設され、且つ夫々のＬＥＤは固有の変調コードに基づくパルス点灯で順次時分割点灯し、 前記フォトセンサと前記導光体の棒部端面とを対向させた状態で、前記導光体が傾斜したときには、傾斜方向の反対方向に載設された前記ＬＥＤから出射した光が前記第１のマスクに設けられた貫通孔を通過して前記フォトセンサで検出され、前記導光体が回転したときには、前記ＬＥＤから出射した光が前記第２のマスクに設けられたスリットを通過して前記導光体内に入射し、該導光体内を導光されて前記棒部の端面から出射して前記フォトセンサで検出され、前記導光体が降下したときには、前記ＬＥＤから出射した光が前記第１のマスクに設けられた貫通孔及び第３のマスクに設けられた貫通孔を順次通過して前記フォトセンサで検出されることを特徴とするものである。

本発明の光学式多入力スイッチは、操作レバーを傾斜、回転及び降下させたときにフォトセンサが検出するパルス光のパルス変調コードを特定することによって傾斜方向、回転角度及び降下を検出するようにした。そのため、高い検出確度で絶対変位量が検出できると共に、スイッチ検出に係わる部分に機械的接点部がないために耐久性及び検出信頼性に優れた光学式多入力スイッチを実現できる。

以下、この発明の好適な実施形態を図１〜図１６を参照しながら、詳細に説明する（同一部分については同じ符号を付す）。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。

本実施形態の主要部は、ＬＥＤとフォトセンサとを載設した基板、第１のマスク、第２のマスク、第３のマスク及び導光体で構成されている。

基板１は、図１に示すように略円形状の基板１上の中央部に少なくとも１つのフォトセンサ２が載設され、該フォトセンサ２を中心とする略同一円上で、略等中心角度毎の位置に８個のＬＥＤ３が載設されている。

フォトセンサ２は、フォトダイオード、ＰＩＮフォトダイオード、フォトトランジスタなどの半導体受光素子からなる群の中の１つが使用されており、基板面に略垂直な方向に光軸を向けて載設されている。ＬＥＤ３は夫々基板面に略垂直な方向と基板面に略平行で且つフォトセンサ２に向かう方向の両方向に光軸を向けて載設されている。つまり、夫々のＬＥＤ３は基板面の上方とフォトセンサ２の方向の２方向に向けて光が出射するような構成になっている。

基板１上に円状に載設された複数個のＬＥＤ３は図２に示すようなモードで点灯する。それは、時分割方式で隣り合うＬＥＤ３が１個づつ順次点灯し、それを周期的に繰り返す。また、点灯しているＬＥＤ３は個々のＬＥＤ３に対応した変調コードに従ってパルス点灯する。

第１のマスク７は、図３及び図４（図３のＡ−Ａ断面図）に示すように、両端部を開口とする略円筒形状を呈しており、基板１上にフォトセンサ２の位置と第１のマスク７の開口の中心部とを略一致させて配設したときに、第１のマスク７の外側に位置する夫々のＬＥＤ３と内側に位置するフォトセンサ２とを結ぶ方向に相当する位置の８箇所側壁に所定の大きさの貫通孔８が設けてある。

第２のマスク４は、図５及び図６（図５のＡ−Ａ断面図）図３及び図４（図３のＡ−Ａ断面図）に示すように、略円形状の遮光板５に部分的に光が通過するエリアを設けた構成となっている。光通過エリアの位置及び形状は、基板１と第２のマスク４とを基板１の中央部（フォトセンサ２が載設された位置）と遮光板５の中央部とを一致させて重ねたときに、基板１上に円形状に載設されたＬＥＤ３に対応する位置に所定の幅を持った円弧状に形成されている。スリット６は遮光性部材からなる遮光板をスリット状にくり抜いてもよいし、透光性部材からなる透光板にスリット６以外の部分に黒色塗装などの遮光処理を施してもよい。

第３のマスク９は、図７及び図８（図７のＡ−Ａ断面図）に示すように、開口１０と段付き部１１を有するカップ形状を呈しており、上記基板１上に開口１０を基板１側に向けて基板１上のフォトセンサ２の位置と第３のマスク９の開口１０の中心部とを略一致させて配設したときに、第３のマスク９の外側に位置する夫々のＬＥＤ３と内側に位置するフォトセンサ２とを結ぶ方向に相当する位置のうちの直交する位置の４箇所の側壁に所定の大きさの貫通孔１２が設けてある。この場合、貫通孔１２の穴位置は開口１０を有しない側のカップ側壁である。

導光体１３は、図９及び図１０（図９のＡ−Ａ断面図）に示すように、透光性部材からなり、略円板状の板部１４の中央部に両側に向かって延びる直線状の棒部１５ａ、１５ｂが板部１４と一体に形成されている。板部１４には該板部１４に導入された光を反射して進行方向を曲げるための全反射面１６ａ、１６ｂが設けられている。

以上、本実施形態の主要部を構成する部材について説明してきたが、次に構成部材によって組み立てられた実施形態を図１１を参照しながら説明する。

本発明の光学式多入力スイッチ１７は略円形状の基板１上の中央部に少なくとも１つのフォトセンサ２が載設され、該フォトセンサ２を中心とする略同一円上で、略等中心角度毎の位置に８個のＬＥＤ３が載設されている。更に、基板１上にはフォトセンサ２の位置と開口の中心部とを略一致させると共に、フォトセンサ２とＬＥＤ３とを結ぶ位置に貫通孔８が位置するように第１のマスク７が配設されている。

また、導光体１３には、導光体１３の下方に該導光体１３の棒部１５ａを略中心とするように第２のマスク４が一体化され、導光体１３の棒部１５ａの端部には開口１０を基板1側に向けて第３のマスク９が一体化されている。導光体１３の棒部１５ｂは本スイッチを操作する操作レバーの役割を果す。

次に、本発明の光学式多入力スイッチの操作方法と検出機構との関係について説明する。光学式多入力スイッチは操作レバーを傾ける、回転する及び降下するの３つの操作方法によって３つの検出モードが選択できる。

まず、操作レバーを傾ける操作をした場合の検出機構について、図１２に基づいて説明する。操作レバー（棒部１５ｂ）をＬＥＤ３とフォトセンサ２とを結ぶ方向のＬＥＤ３と反対方向に傾けると、光軸を基板１と略平行に向けたＬＥＤ３から出射した光は第１のマスク７の貫通孔８のうちの１つを通ってフォトセンサ２の方向に向かい、フォトセンサ２によって検出される。

この操作レバーを傾ける操作は、第１のマスク７に形成された貫通孔８の数が基板１に載設されたＬＥＤ３の数と同一であるので、ＬＥＤ３の数と同一の検出が可能となる。本実施形態では８つのＬＥＤ３を載設しているので８方向の傾き検出が可能となる。

この場合、操作レバーがどの方向に傾けられたかを特定するためにはフォトセンサが検出したＬＥＤ光がどのＬＥＤから出射されたものであるかを特定すればよい。ところで、８つのＬＥＤは上記図２で示したように、時分割で１個づつ順次点灯し、それを周期的に繰り返しており、点灯しているＬＥＤは個々のＬＥＤに対応した変調コードに従って発光している。よって、フォトセンサ２で検出されたＬＥＤ光の変調コードを判別することによって発光源のＬＥＤが特定でき、それによって操作レバーの傾き方向を特定することができる。

次に、操作レバーを回転操作をした場合の検出機構について、図１３〜図１５に基づいて説明する。図１３に示すように、ＬＥＤ３から出射した光は上方に配設された第２のマスク４に形成された円弧状のスリット６を通過して更にその上方に配設された導光体１３内に入射する。導光体１３に入射した光は導光体１３内を導光されて２つの全反射面１６ａ、１６ｂで反射され、棒部１５ａの端面１８からフォトセンサ２の方向に向かつて出射されてフォトセンサ２によって検出される。

第２のマスク４に形成されたスリット６は、ＬＥＤ複数分の光が通過する長さを有しており、例えば図１４で示すように３つのＬＥＤ（Ｌ６、Ｌ７、Ｌ８）から出射された光がフォトセンサ２によって検出されていたものが、操作レバーを回転操作して回転角度を変えることによって図１５で示すように異なる３つのＬＥＤ（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ８）から出射された光を検出するようになる。

従って、フォトセンサによって検出されるＬＥＤ光の組み合わせを特定することによって操作レバーの回転角度を特定することができる。この場合も時分割で１個づつ順次点灯しているＬＥＤの変調コードを判別することによって発光源となる複数のＬＥＤの組み合わせが特定できる。

本実施形態ではスリットを通過するＬＥＤ光の組み合わせは上述の３つと４つの２つのパターンが可能である。そこで３つのＬＥＤ光の組み合わせを検出する場合の操作レバーの回転角度と４つのＬＥＤ光の組み合わせを検出する場合の操作レバーの回転角度とは夫々互いの中間回転角度を示すことになる。

なお、本実施形態においてはスリットは最大４つのＬＥＤから出射した光が透過する長さで形成されているが、後述のプッシュ操作の検出を考慮すると少なくとも１つから６つのＬＥＤ光が通過するような長さに形成すれば回転角度検出の機能を果すことができる。

次に、操作レバーを降下操作をした場合の検出機構について、図１６に基づいて説明する。操作レバーを降下して第３のマスク９の開口端部１９が基板１に当接した状態を保持する。すると、直交する位置に載設されて光軸を基板１と略平行に向けた４つのＬＥＤ３から出射した夫々の光は第１のマスク７の貫通孔８を通過し、更に第３のマスク９の貫通孔１２を通過して第３のマスク９内に入り、フォトセンサ２によって検出される。

従って、フォトセンサ２が検出したＬＥＤ光に上記４つのＬＥＤ３から出射した光が全て存在することが検知されると、操作レバーが降下操作されていることになる。

以上説明したように、本発明の光学式多入力スイッチは検出媒体にＬＥＤ光のみを使用しているためにスイッチ検出に係わる部分に機械的接点部がなく、耐久性及び検出信頼性に優れている。

また、夫々のＬＥＤを個別の変調コードによって時分割で順次点灯するようにしている。よって、フォトセンサで検出されるＬＥＤ光の組み合わせを変調コードに基づいて特定することによってスイッチ操作の状態を検知することができる。そのとき、変調コードの特定は本体装置に搭載されたＣＰＵのソフトウエア上で行なうことができるために外付け部品及び回路を設ける必要がなく、装置全体を低コストで製造することができる。

また、フォトセンサで検出されるＬＥＤ光の変調コードを特定することによってどの位置に載設されたＬＥＤから出射した光かを特定することができる。よって、回転操作による回転角度の検出を絶対角度で検出することができる。また、検出媒体が光であるために検出速度が速く、回転操作の速度に係わらず確度の高い検出を確保することができる。

更に、スイッチの検出機構と操作時の感触（フィーリング）とは関連性がないため、操作性に関する設計の自由度が確保できる。また、組み付け精度も緩和でき、製造コストの低減に繋がる。

なお、検出媒体となるＬＥＤ光を、同時にスイッチ部の照明光として活用することも可能である。

本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する基板の平面図である。 図１の基板に載設されたＬＥＤの点灯モードを示す波形図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する第１のマスクの平面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する第２のマスクの平面図である。 図５のＡ−Ａ断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する第３のマスクの平面図である。 図７のＡ−Ａ断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する導光体の平面図である。 図９のＡ−Ａ断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態の断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態の操作状態を示す断面図である。 同じく、本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態の操作状態を示す断面図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する第１のマスクの機能を示す説明図である。 同じく、本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態を構成する第１のマスクの機能を示す説明図である。 本発明の光学式多入力スイッチに係わる実施形態の操作状態を示す断面図である。 従来の光学式多入力スイッチの腰部分解斜視図である。

符号の説明

１ 基板
２ フォトセンサ
３ ＬＥＤ
４ 第２のマスク
５ 遮光板
６ スリット
７ 第１のマスク
８ 貫通孔
９ 第３のマスク
１０ 開口
１１ 段付き部
１２ 貫通孔
１３ 導光体
１４ 板部
１５ａ、１５ｂ 棒部
１６ａ、１６ｂ 全反射面
１７ 光学式多入力スイッチ
１８ 端面
１９ 開口端部

Claims (1)

1. 基板上に１個のフォトセンサと、該フォトセンサを中心とする略同一円上の略等中心角度毎の位置に複数個のＬＥＤと、前記フォトセンサを囲むように前記複数個のＬＥＤの数と同一の数の複数個の貫通孔を設けた第１のマスクとが載設され、
   略平板の中央部から延びた棒部を有する導光体の棒部側に、前記導光体の略平板に略平行に遮光性の略平板の一部に光が通過するスリットを設けた第２のマスクが、前記導光体の棒部の端部に開口を有し側壁に複数の貫通孔を設けた第３のマスクが夫々一体化され、
   前記夫々のＬＥＤは前記基板面に略垂直な方向と前記基板面に略平行で且つ前記フォトセンサに向かう方向の両方向に光軸を向けて載設され、且つ夫々のＬＥＤは固有の変調コードに基づくパルス点灯で順次時分割点灯し、
   前記フォトセンサと前記導光体の棒部端面とを対向させた状態で、
   前記導光体が傾斜したときには、傾斜方向の反対方向に載設された前記ＬＥＤから出射した光が前記第１のマスクに設けられた貫通孔を通過して前記フォトセンサで検出され、
   前記導光体が回転したときには、前記ＬＥＤから出射した光が前記第２のマスクに設けられたスリットを通過して前記導光体内に入射し、該導光体内を導光されて前記棒部の端面から出射して前記フォトセンサで検出され、
   前記導光体が降下したときには、前記ＬＥＤから出射した光が前記第１のマスクに設けられた貫通孔及び第３のマスクに設けられた貫通孔を順次通過して前記フォトセンサで検出されることを特徴とする光学式多入力スイッチ。

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