JPH02108915A - トランスジューサ及び物理情報入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 例えば位置、速度などの物理量またはその変化量を検知
して電気信号として出力する光学式トランスジューサに
関し、特に電子機器に対して操作、監視または制御のた
めに検知すべき物理量を検知して入力する入力装置とし
て用いて好適な光学式トランスジューサと該光学式トラ
ンスジューサを適用した物理情報入力装置に関する。

〔発明の概要〕

入射光線をほぼその入射方向に反射する光回帰性反射体
を有して成る光回帰性反射面から回帰する光の回帰比率
を、検知すべき物理量に応じて変化させる変調手段を有
し、検知すべき物理量に応じた電気信号として出力する
トランスジューサ。

該トランスジューサを用いた物理情報入力装置。

〔従来の技術〕

例えば速度や重量などの物理量を位置や回転角など別の
物理量に変換するなどして、例えば光学式エンコーダな
どで読み取って電気信号に変換すること等が知られてい
るが、エンコーダのような高価な手段を用いることなく
、被検知体に直接触れることなく、検知すべき物理量を
実用に十分な精度で電気信号として取り出したい事例は
多い。

そのための手段として知られる代表例は、被検知体に光
を照射してその反射光を受光素子でとらえ、被検知体の
もたらす検知すべき物理量を電気信号として出力する光
反射式トランスジューサである。特に赤外線を応用した
機器はカメラのオートフォーカス装置をはじめとして多
く知られている。

しかしながら、従来は発光および受光素子から被検知体
までの距離を大きくとれない問題があり、強い反射光を
得ようとすれば光照射のための発光パワーを上げるか、
被検知体に鏡を設けて正確に反射方向を調節する必要が
あった。また、反射光の戻りを強くとれないため、細か
い変化や微分情報がとれない問題があった。これらの問
題を避けようとすれば被検短体自体に発光素子を取付け
る方式が考えられるが、その場合は被検知体に電源を備
えて、発光素子に電力を供給する必要があり、用途が限
られる問題があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明においては、従来の光反射体トランスジューサに
おいて被検知体からの反射光の戻りが強くとれないため
有していた前記諸問題を解決して、簡易で高精度でかつ
電子機器への物理量入力装置として適したトランスジュ
ーサとその応用装置を得ることを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明においては、入射光線をほぼその入射方向に反射
する光回帰性反射体を有して成る光回帰性反射面と、該
光回帰性反射面へ入射する光を放出し、その入射光が前
記光回帰性反射面から反射されて回帰する回帰光を検出
する光送受手段と、検知すべき物理量に応じて、前記放
出する光量に対する前記回帰する光量の比率を変化させ
る変調手段と、該変調手段によって変調されて回帰する
光が有する検知すべき物理量に応じた情報を電気信号と
して出力する手段とを有することを特徴とするトランス
ジューサとする。

該トランスジューサを用いて多元物理情報入力装置を構
成出来る。

〔作用］ 入射光線をほぼその入射方向へ反射する光回帰性反射体
は、例えば７０μφ、例えば１０μφなどのガラス球な
どガラスまたはプラスチックの球、ロッドなどから成り
、光回帰反射面は光回帰性反射体を紙などのフィルムベ
ース等に全面に敷き詰めたり、バーコード状や目盛状な
どに配して構成される。

光回帰性反射面からの反射光の戻り（回帰光）は、光回
帰性反射体を有しない面からの反射光に比べて約１００
０倍以上の強さを有している。（特願昭６３−３９９８
５号）。

本出願人は、先に光回帰性反射体を応用して遠方の物体
を検出出来る光学検出装置を特願昭６３−１０２３０６
号に、同じく座標入力装置を特願昭６３９６５４８号に
提案した。

本発明においては、前記光回帰性反射面を検知すべき物
理量またはそれが位置情報に変換された量が変化しうる
位置に設け、強い回帰光を得るとともに前記光送受手段
との間に前記変調手段を設けて検知すべき物理量の変化
を回帰する光量の比率の変化として得ている。前記変調
手段は、例えば前記光回帰性反射面を例えばくさび状に
して、物理量の変化に応じて前記くさび状の光回帰性反
射面が動くようにして入射光量に対する反射光量を変化
しうるようにしている。あるいは前記光回帰性反射面と
前記光送受手段の間に例えばくさび状の遮光物を置いて
、検知すべき物理量の変化に応じて前記くさび状の遮光
物が動くようにして、入射光のうち前記光回帰性反射面
に到達する光の比率を変化しうるようにしている。

前記変調手段としては、他にもうずまき状の絞り、液晶
シャッタなど被検知体の形状や運動の性質に合わせて選
択出来る。

また、電気信号として出力する際ψ信号形式は、前記光
回帰性反射面の構成に対応させることにより適切に選ぶ
ことが出来る。

かくして、本発明のトランスジューサは、強い回帰光を
得て検知すべき物理量の変化を回帰光の回帰比率の変化
として受光素子で検出して電気信号として出力すること
が出来る。そして、強い回帰光を得られる結果、被検知
体を遠方に配置することが出来、被検知体に設ける光回
帰性反射面は軽量かつフレキシブルで例えばラベル状で
接着剤などで簡易に取付けることが出来、光反射方向の
微妙な取付角度調整も必要なく、被検知体に発光素子や
電源を備える必要がなく、前記光回帰性反射体が細かい
ため細かい目盛を有する光回帰性反射面とすることも可
能で戻り光が強いことから高速読取高分解能のトランス
ジューサとすることも出来る。

〔実施例〕

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。

光回帰性反射面上が操作つまみ（または回転シャフト）
１０１と一体に回転するリング１０２の表面に設けられ
、光送受手段主から入射する光をほぼ入射方向に反射す
る光回帰性反射体を有して構成されている。そして、光
送受手段Ｉから入射する光量に対する反射して光送受手
段叢へ回帰する光量の比率を変化させる変調手段３とし
て、第１の実施例では光回帰性反射面上の光回帰性反射
体の配置を略くさび状にしている。即ち、リング１０２
の回転により、前記回帰する光量比率が変化する仕掛け
にしである。

光送受手段主は発光素子（ランプ、発光ダイオードなど
）２１と帯状光にするためのスリット２２、ミラー２３
、レンズ２４、受光素子２５などを有して構成されてい
る。受光素子２５は例えばＰＩＮダイオードなどから成
り、光を電気信号に変換して検出しているが、この実施
例ではさらに増幅及び波形整形して電気信号として整え
て出力するため電子信号出力手段↓を介して出力端子１
０３へ接続している。

次に、以上に述べた構成をもとにさらに詳細に説明する
。光回帰性反射面上を構成する光回帰性反射体は特願昭
６３−３９９８５号に示すように例えば約７０μφのガ
ラス球を紙などのシート状ベースフィルムに接着して敷
き詰め任意の大きさ形状に切断してリング１０２等に接
着することが出来る。

そして、操作つまみ１０１は例えば室内の壁などに無配
線で取付け、例えば照明器具やエアコン装置に取付けた
光送受手段又から光回帰性反射面上に光を照射し、変調
手段３による略くさびの位置によって変化する光回帰比
率の違いから操作つまみ１０１の回転角を識別して照明
器具やエアコン装置を調節することが出来る。

この場合、光回帰性反射面上と光送受手段−？−との距
離が固定のため、レンズ２４で焦点調節出来、光回帰性
のため十分強い一定レベルの光回帰が得られる。従って
、電気信号出力手段↓に差動増幅器を設けて、前記略（
さびの最大位置または最小の値を記憶させて、現信号と
の差出力を取り出すようにすれば、簡易なアナログ回路
を用いることも可能である。もちろん、発光素子２１を
パルス発光させてパルス信号として読み取ってもよい。

また、発光波長を他の機器（リモートコントロール機器
など）と競合しないようにすることも自由である。

第１の実施例を住宅設備機器等の無配線工事に適用した
とき特に壁内配線が不要となるため経済的効果は大きい
。

第２図は本発明の第２の実施例で（ａ）は構成図、ら）
はタイミングチャート、（Ｃ）は光回帰性反射面上への
部分拡大図である。第２の実施例は電子ピアノに本発明
のトランスジューサを鍵盤操作情報の入力装置として適
用したもので、鍵盤２０１の手前下部に光回帰性反射面
上Ａがあり、光送受手段ＩＡからは光走査手段工を介し
て全ての鍵盤の範囲の光回帰性反射面ＩＡを走査出来る
ようにしである。そして鍵盤の個々のキーには変調手段
３Ａとして略くさび状の遮光物を取付け、キーの上下に
よって光送受手段２Ａから光回帰性反射面上Ａに光を遮
る量が変化するようにしである。卯ち、変調手段として
第１の実施例では光照射面積当たりの光反射面積比を変
えて変調をかけたが、第２の実施例では光照射面積当た
りの遮光面積比を変えて変調している。また、光走査手
段工を加えて多数のキーの状態を１つの光送受手段２Ａ
で読み取る構成とした点も第１の実施例と異なっている
。

さらに、光回帰性反射面ＩＡの光が入射する側に第２図
（Ｃ）に示すように光回帰性反射体１１Ａの細かい目盛
を設けて、該目盛を走査することによって回帰光に高周
波バイアスがかかるようにしており、これによりキーを
打つことによるアタック情報（微分情報）も読めるよう
にしている。

次に各部分の構成を詳細に述べながら、この電子ピアノ
のキー操作情報入力装置の動作を説明する。

まず、光回帰性反射面上Ａは、例えば５０μφ程度のガ
ラス球から成る光回帰性反射体を例えば３００μｍピッ
チ（第２図（Ｃ）のＰ＝３００μｍ）の目ｇｔ（光回帰
性目盛）として構成している。そして、光送受手段−２
Ａの発光素子２１Ａはレーザダイオードを用い、レーザ
光はミラー２３、レンズ２４を介して光走査手段ｉのタ
ーンテーブル５１の中央に配されたプリズム（またはミ
ラー）５２によって光の進行方向が走査されて、光回帰
性反射面１Ａに入射する。ところで、ターンテーブルは
例えばベルト５５、プーリ５３、モータ５４によって駆
動され、例えば１００回転／秒（分速６０００回転）で
回転する。これにより、個々のキーに対応する前記光回
帰性目盛はそれぞれ１００回／秒の光走査を受けること
になる。

ここで、第２図ら）のタイミングチャートに、キーＡが
押され、キーＣがキーＡと同時に押された後ただちに平
部された場合を例に、受光素子２５の出力信号を示す。

まず、キー無操作時は光回帰性目盛に応じた一定周波数
一定出力レベルの信号が得られる。

ちなみに、鍵盤の長さ１３０ｃｍ、光回帰性目盛が３３
ピツチ／Ｃｌ１１、光走査１００個／秒として約４３０
ＫＨｚであるが、さらに高速高精度にすることも可能で
ある。

キーが押されると変調手段３Ａとして個々のキーに取付
けられた略くさび状の遮光物によって遮光された時間だ
け前記高周波信号が光送受手段ＩＡに回帰しないので、
一種のパルス幅変調がかけられることになる。

しかも、前記高周波信号のパルスをクロックと比較しな
がらカウントすれば、どのキーが押されたかが判り（音
階検出）、さらに、１００回／秒の走査をしているので
、どれだけの時間どういう速度でキーを叩いたかをパル
ス数の変化から容易に検知出来る（エンベロープ検出）
。電気信号出力手段４Ａでは受光素子２５からの信号を
増幅回路で増幅及び波形整形したのち、前記の音階読み
出しとエンベロープ検出を行っている。

従来の光技術においては十分な強さの光回帰を得られな
かったためパルス幅歪が発生しやすく、従って物理量を
変換するトランスジューサとして用いた場合に物理量の
変位を示す微分情報が取りにくい問題があった。第２の
実施例においては電子ピアノを例に述べたが、電子ピア
ノにかかわらず、この問題を解決するトランスジューサ
を提供するものである。さらに多元同時の読取／入力を
可能とするトランスジューサ／入力装置が得られる。

第３図は本発明の第３の実施例の入力装置の断面図で、
特にロボット等に手指の握り具合で指示を与えるために
好適な入力装置である。

弾性体からなる握りの各指に対応する内部に光回帰性反
射面上が、変調手段ユを与えるため略くさび状の形状を
して設けられており、光送受手段２Ｂは、それぞれの指
に対応する光回帰性反射面１ａ、１ｂ、ＩＣ１１ｄ、１
ｅに略焦点合わせするレンズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、
６ｅと、それぞれのレンズに光入射する発光素子（例え
ば発光ダイオード）、それぞれのレンズに戻った回帰光
を受光する受光素子（例えばフォトトランジスタ）とか
ら成っている。また、光送受手段２［３の出力信号は電
気信号出力手段４Ｂに与えられ、後段のマイクロコンビ
ヱータ制御を行う。

動作原理は第１の実施例を５ヶ並列にしたものと考えて
よい。

第４図は本発明の第４の実施例の人力装置の背面斜視図
で、電子機器の操作パネルの裏面の配線を不要としたも
のである。

操作釦または操作つまみのパネル内部に露出する部分に
光回帰性反射面ＩＣ（それぞれｔｐ、１ｑ、ｌｒ、Ｉｓ
、１ｔ、、１ｕ）を設け、該光回帰性反射面上Ｃにはそ
れぞれの操作相またはつまみごとに光回帰性反射面の模
様形状などを変えて、変調手段３Ｇ（それぞれ３ｐ、３
ｑ、３ｒ、３Ｓ、３ｔ、３ｕ）を設けである。

それを光送受手段２Ｃで読み取っており、第３の実施例
の変形とも言える。即ち、操作ｉ１１の押圧またはつま
みの回動によって変調された回帰光を読み取っ−ζいる
。

なお、第４の実施例は、例えば第２の実施例の技術と組
み合わせたり、特願昭６３−３９９８５号のバーコード
と組み合わせることにより多元情報−柄入力に関する種
りのバリエーションを行うことが可能である。

〔発明の効果〕

本発明の実施により、遠方に配された被検知体に設けた
光回帰性反射面からの強い回帰光を得て検知すべき物理
量の変化を回帰光比率の変化として検出することにより
、従来技術において反射光の戻りが強くとれないために
有していた諸問題を解決した光学式ｌ−ランスジューサ
が得られる。

該トランスジューサは、前記光回帰性反射面が簡易に無
電源で離れた位置に設けられることから、特に電子機器
の人力装置として用いた場合に被検知体への配線が不要
で簡易かつ高速高精度の入力装置とすることが出来る。

特に該入ツノ装置を住宅電気設備に用いたとき壁内配線
が不要となる効果がある。さらに従来技術において困難
であった物理量の微分的変化や多元同時の読取／入力が
可能なトランスジューサ／入力装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図である。第
２図は本発明の第２の実施例で（ａ）は構成図、（ｂ）
はタイミングチャート、（Ｃ）はＩ　Ａの部分拡大図で
ある。 第３図は本発明の第３の実施例の人力装置を示す断面図
である。第４図は本発明の第４の実施例の人力装置を示
す背面斜視図である。 上、土Δ、上Ｂ、」−Ｃ−一〜−−−光回帰性反則面２
．２Ａ、　ｉＢ、２−Ｃ−一−−〜−・光送受手段３．
３−Ａ、１Ｂ、主Ｃ−＝−＝−変調手段４．４　Ａ　、
　４　Ｂ−一−−−−−電気信号出力手段エー一−−−
−・光走査手段 ２光送受手段 本発明の第１の実施例と示す構成図 第１図 （ｂ−１）キー操作例 本冗明の第２の欠施４＋！Ｊ　　（ｂ）タイミング’ｆ
　ｆ−ト第２図 本発明の第２の実施例　（Ｃ） 第２図 １Ａ／）邪分乾大図 木舒明の第３の実施例のべ力汐胃乞示す断面図第３回

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光線をほぼその入射方向に反射する光回帰性反
   射体を多数有して成る光回帰性反射面と、 該光回帰性反射面へ入射する光を放出しそ の入射光が前記光回帰性反射面から反射されて回帰する
   回帰光を検出する光送受手段と、検知すべき物理量に応
   じて、前記放出する 光量に対する前記回帰する光量の比率を変化させる変調
   手段と、 該変調手段によって変調されて回帰する光 が有する検知すべき物理量に応じた情報を電気信号とし
   て出力する手段とを有することを特徴とするトランスジ
   ューサ。 ２、請求項１記載のトランスジューサを用いた物理情報
   入力装置。