JP5107135B2 - 傾斜センサ - Google Patents

Description

本発明は、たとえばデジタルスチルカメラや携帯電話機の傾斜方向を検出するための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９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に囲われている。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。

しかしながら、図９に示すように、傾斜センサＸは、１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂおよび発光素子９５を配置するためのスペースと、転動体９６を転動させる空隙部９２ａというスペースとが重なった構造となっている。このため、傾斜センサＸの高さは、少なくとも１対の受光素子９４Ａ，９４Ｂおよび発光素子９５のいずれかの高さと転動体９６の高さとを合計したもの以上とならざるを得なかった。

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、薄型化を図ることが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、検出対象面の面内方向において互いに離間配置された発光素子および１対の受光素子と、上記面内方向における重力方向の変化により、上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれにも到達させない完全遮光位置、上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれか一方のみに到達させる１対の半遮光位置、および上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれにも到達させる非遮光位置をとる転動体と、上記転動体を収容し、かつ上記発光素子からの光が出射される出射口および上記１対の受光素子に向けて光が入射する１対の入射口に繋がる空隙部と、を備える傾斜センサであって、上記空隙部は、上記面内方向において上記発光素子および上記１対の受光素子を囲う環状と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、上記発光素子および上記１対の受光素子と上記転動体とが上記検出対象面に沿って配置される。このため、上記傾斜センサの高さを、上記発光素子、上記１対の受光素子のいずれかと上記転動体との高さを合計したもの以上にする必要がなくなる。したがって、上記傾斜センサの薄型化を図ることができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部を規定する面のうち、上記検出対象面と直角である面は、凹凸状とされている。このような構成によれば、上記転動体の衝突音を好適に抑制することが可能である。このような効果は、上記傾斜センサを携帯電話機に搭載する場合に、耳障りな音が生じるのを防止するのに有利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、上記空隙部は、矩形環状とされており、上記出射口および上記１対の入射口は、上記空隙部の頂点のいずれかに位置する配置とされている。このような構成によれば、上記転動体が上記非遮光位置、上記１対の半遮光位置、および上記完全遮光位置のいずれかをとっていることを的確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、上記転動体が環状とされた上記空隙部内を比較的スムースに転動可能である。

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。

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４は、本発明に係る傾斜センサの一例を示している。本実施形態の傾斜センサＡ１は、基板１、ケース２、発光素子４、１対の受光素子５Ａ，５Ｂ、および転動体６を備えている。傾斜センサＡ１は、図１に示すように、検出対象面を形成するたとえば回路基板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を検出するために用いられるものである。本実施形態においては、傾斜センサＡ１は、そのサイズが４．５ｍｍ×４．５ｍｍ程度、厚さが０．８ｍｍ程度とされている。

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４．５ｍｍ×４．５ｍｍ程度、厚さ０．２ｍｍ程度とされている。基板１には、配線パターン（図示略）が形成されている。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うち基板１の表面に形成された部分には、発光素子４および１対の受光素子５Ａ，５Ｂがダイボンディングされている。また、この配線パターンのうち基板１の裏面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４は、たとえば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る。本実施形態においては、発光素子４は、そのサイズが０．２５ｍｍ角程度とされている。

１対の受光素子５Ａ，５Ｂ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。本実施形態においては、受光素子５Ａ，５Ｂは、そのサイズが０．６ｍｍＸ０．４ｍｍ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によって形成されている。ケース２と基板１とが貼り合わされることにより、空隙部３と収容空間２２，２３Ａ，２３Ｂとが形成されている。収容空間２２，２３Ａ，２３Ｂは、ケース２の中央に位置する矩形状部分の頂点付近に位置している。本実施形態においては、ケース２は、そのサイズが４．５ｍｍ角程度、厚さが０．６ｍｍ程度とされている。

図２および図４に示すように、収容空間２２は、発光素子４を収容している。ケース２のうち収容空間２２を形成する部分は、傾斜面２２ｂが形成されているとともに、メッキ層２６の一部によって覆われている。メッキ層２６は、たとえばＣｕ−Ｎｉ−ＡＵメッキ層であり、それぞれの厚さがたとえば３０μｍ、５μｍ、０．３μｍ程度とされている。収容空間２２と空隙部３との間には、出射口２２ａが設けられている。出射口２２ａは、発光素子４からの光を空隙部３へと出射する経路となっている。本実施形態においては、出射口２２ａの高さが、凸部２４，２５によって制限されている。凸部２４は、ケース２の一部が隆起した部分であり、凸部２５は、基板１に接合された樹脂部材である。出射口２２ａの高さ方向寸法は、転動体６の直径よりも小さい。さらに好ましくは、凸部２４，２５それぞれの高さは、転動体６の直径と空隙部３の高さ方向寸法との差よりも大である。出射口２２ａの横方向寸法は、０．６ｍｍ程度である。傾斜面２２ｂは、発光素子４からの光の一部を出射口２２ａに向けて反射する。

図２および図３に示すように、収容空間２３Ａ，２３Ｂは、それぞれ受光素子５Ａ，５Ｂを収容している。ケース２のうち収容空間２３Ａ，２３Ｂを形成する部分は、傾斜面２３Ａｂ，２３Ｂｂが形成されているとともに、メッキ層２６の一部によって覆われている。収容空間２３Ａ，２３Ｂと空隙部３との間には、入射口２３Ａａ，２３Ｂａが設けられている。入射口２３Ａａ，２３Ｂａは、空隙部３から受光素子５Ａ，５Ｂへと光が入射する経路となっている。本実施形態においては、入射口２３Ａａ，２３Ｂａの高さが、凸部２４，２５によって制限されている。入射口２３Ａａ，２３Ｂａの高さ方向寸法は、転動体６の直径よりも小さい。さらに好ましくは、凸部２４，２５それぞれの高さは、転動体６の直径と空隙部３との高さ方向寸法との差よりも大である。入射口２３Ａａ，２３Ｂａの横方向寸法は、０．６ｍｍ程度である。傾斜面２３Ａｂ，２３Ｂｂは、入射口２３Ａａ，２３Ｂａから入射した光を受光素子５Ａ，５Ｂに向けて反射する。

空隙部３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。本実施形態においては、発光素子４および１対の受光素子５Ａ，５Ｂを囲う矩形環状とされている。空隙部３は、矩形状を構成する各辺の方向が、ケース２の外形を構成する各辺に対して４５度傾いた配置とされている。空隙部３の３つのコーナー内側には、出射口２２ａおよび入射口２３Ａａ，２３Ｂａが位置している。空隙部３は、ケース２の天面２０ａ、内側面２０ｃと、基板１の地面１０とによって規定されている。天面２０ａは、メッキ層２６の一部によってその全面が覆われている。地面１０は、メッキ層２６と同様の構成であるメッキ層１１によって覆われている。メッキ層１１，２６は、基板１に形成された上記配線パターンのうち回路基板Ｓのグランドラインと導通する部分に対して接続されている。また、内側面２０ｃには、複数の凸部２１が形成されている。複数の凸部２１は、それぞれが内側面２０ｃに沿って延びる断面半円形状であり、たとえばその突出量が０．１ｍｍ程度とされている。

転動体６は、傾斜センサＡ１の姿勢に応じて空隙部３内を転動することにより、発光素子４からの光が１対の受光素子５Ａ，５Ｂ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、球形であり、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なる。本実施形態においては、転動体６は、直径が０．７〜０．８ｍｍとされている。

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は、傾斜センサＡ１が初期姿勢とされた状態を示している。本図および後述する図５〜７は、いずれも図中下方が鉛直下方である。図２の場合、転動体６は、重力にしたがって空隙部３のうち出射口２２ａとは反対側の部分に位置する。この位置を、非遮光位置６０と呼ぶ。転動体６が非遮光位置６０にあるため、発光素子４からの光は出射口２２ａから空隙部３へと出射される。この光は、空隙部３内において繰り返し反射されたのちに、入射口２３Ａａ，２３Ｂａを経由して受光素子５Ａ，５Ｂの双方に到達する。すると、受光素子５Ａ，５Ｂの双方から受光信号が出力される。これにより、受光素子５Ａ，５Ｂの双方から受光信号が出力されているときは、転動体６が非遮光位置６０にあり、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、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から反時計回りに約９０度回転させた状態を、図５に示す。この状態においては、転動体６が重力にしたがって入射口２３Ａａの正面に位置する。この位置を、半遮光位置６１Ａと呼ぶ。これにより、入射口２３Ａａが転動体６によって塞がれた格好となる。このため、発光素子４からの光は、入射口２３Ｂａを経由して受光素子５Ｂにのみ到達し、受光素子５Ａには到達しない。したがって、受光素子５Ｂのみから受光信号が出力されているときには、転動体６が半遮光位置６１Ａにあり、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。

そして、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から時計回りに約９０度回転させた状態を、図６に示す。この状態においては、転動体６が重力にしたがって入射口２３Ｂａの正面に位置する。この位置を、半遮光位置６１Ｂと呼ぶ。これにより、入射口２３Ｂａが転動体６によって塞がれた格好となる。このため、発光素子４からの光は、入射口２３Ａａを経由して受光素子５Ａにのみ到達し、受光素子５Ｂには到達しない。したがって、受光素子５Ａのみから受光信号が出力されているときには、転動体６が半遮光位置６１Ｂにあり、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。

そして、傾斜センサＡ１を図２に示す姿勢から約１８０度回転させた状態を、図７に示す。この状態においては、転動体６が重力にしたがって出射口２２ａの正面に位置する。この位置を、完全遮光位置６２と呼ぶ。これにより、出射口２２ａが転動体６によって塞がれた格好となる。このため、発光素子４からの光は、転動体６によって完全に遮られ、受光素子５Ａ，５Ｂのいずれにも到達しない。したがって、受光素子５Ａ，５Ｂいずれからも受光信号が出力されていないときには、転動体６が完全遮光位置６２にあり、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、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、発光素子４および１対の受光素子５Ａ，５Ｂと転動体６とが検出対象面に沿って配置される。このため、傾斜センサＡ１の高さを、発光素子４、１対の受光素子５Ａ，５Ｂ、および転動体６のうち最も高いものと、基板１の厚さと、ケース２の肉厚を合計した程度とすることが可能である。したがって、傾斜センサＡ１の薄型化を図ることができる。空隙部３を矩形環状とすることにより、転動体６が非遮光位置６０、半遮光位置６１Ａ，６１Ｂ、および完全遮光位置６２のいずれかをとっていることを的確に検出することができる。

複数の凸部２１が設けられることにより、内側面２０ｃは凹凸状とされている。この内側面２０ｃに転動体６が衝突すると、凸部２１がクッションの役割を果たす。これにより、転動体６の衝突音を好適に抑制することが可能である。このような効果は、傾斜センサＡ１を携帯電話機に搭載する場合に、耳障りな音が生じるのを防止するのに有利である。

球形とされた転動体６は、環状とされた空隙部３内を比較的スムースに転動するのに適している。出射口２２ａおよび入射口２３Ａａ，２３Ｂａの高さ方向寸法が転動体６の高さより小さいため、転動体６による遮蔽が確実に行われる。凸部２４，２５のそれぞれが空隙部３と転動体６の高さ方向寸法差よりも大であることにより、転動体６が天面２０ａ側および地面１０側のいずれに位置しても、凸部２４，２５によって確実に遮蔽することができる。

図８は、本発明にかかる傾斜センサの第２実施形態を示している。なお、本図において、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。

本実施形態の傾斜センサＡ２は、基板１およびケース２に対する空隙部３、発光素子４、および１対の受光素子５Ａ，５Ｂの配置が上述した実施形態と異なっている。本実施形態においては、空隙部３が構成する矩形状の各辺がケース２の外形辺と平行となっている。傾斜センサＡは、そのサイズが３．１ｍｍＸ３．１ｍｍ角程度、厚さが０．８ｍｍ程度とされている。このような実施形態によれば、傾斜センサＡ２の小型化を図るのに有利である。

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球形であることが好ましいが、これに限定されない。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実施形態を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。 図２のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。 転動体が半遮光位置をとる状態をしめす断面図である。 転動体が半遮光位置をとる状態をしめす断面図である。 転動体が完全遮光位置をとる状態をしめす断面図である。 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要部正面図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 傾斜センサ
Ｓ 回路基板
１ 基板
２ ケース
３ 空隙部
４ 発光素子
５Ａ，５Ｂ 受光素子
６ 転動体
１０ 地面
１１ メッキ層
２０ａ 天面
２０ｃ 内側面
２１ 凸部
２２ 収容空間
２３Ａ，２３Ｂ 収容空間
２２ａ 出射口
２３Ａａ，２３Ｂａ 入射口
２２ｂ 傾斜面
２３Ａｂ，２３Ｂｂ 傾斜面
２４，２５ 凸部
２６ メッキ層

Claims (4)

1. 検出対象面の面内方向において互いに離間配置された発光素子および１対の受光素子と、
   上記面内方向における重力方向の変化により、上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれにも到達させない完全遮光位置、上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれか一方のみに到達させる１対の半遮光位置、および上記発光素子からの光を上記１対の受光素子のいずれにも到達させる非遮光位置をとる転動体と、
   上記転動体を収容し、かつ上記発光素子からの光が出射される出射口および上記１対の受光素子に向けて光が入射する１対の入射口に繋がる空隙部と、
   を備える傾斜センサであって、
   上記空隙部は、上記面内方向において上記発光素子および上記１対の受光素子を囲う環状とされていることを特徴とする、傾斜センサ。
2. 上記空隙部を規定する面のうち、上記検出対象面と直角である面は、凹凸状とされている、請求項１に記載の傾斜センサ。
3. 上記空隙部は、矩形環状とされており、
   上記出射口および上記１対の入射口は、上記空隙部の頂点のいずれかに位置する配置とされている、請求項１または２に記載の傾斜センサ。
4. 上記転動体は、球形である、請求項１ないし３のいずれかに記載の傾斜センサ。

Images