JPH06119105A - 光学式ジョイスティック - Google Patents

光学式ジョイスティック

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JPH06119105A
JPH06119105A JP3130463A JP13046391A JPH06119105A JP H06119105 A JPH06119105 A JP H06119105A JP 3130463 A JP3130463 A JP 3130463A JP 13046391 A JP13046391 A JP 13046391A JP H06119105 A JPH06119105 A JP H06119105A
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JP
Japan
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light
receiving element
light receiving
emitting element
joystick
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JP3130463A
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English (en)
Inventor
Tetsuji Aoyanagi
哲次 青柳
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DIGITAL STREAM KK
Original Assignee
DIGITAL STREAM KK
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05GCONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/0474Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks characterised by means converting mechanical movement into electric signals
    • G05G2009/04759Light-sensitive detector, e.g. photoelectric

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来のジョイスティックとは基本原理が異な
った光学式のジョイスティックを提供する。 【構成】 オペレータが操作する棒の下端に発光素子を
設ける。発光素子の下方に4つの受光素子要素を持つ受
光素子を配置する。各受光素子要素で得られる光量から
ジョイスティックの位置情報を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光学式ジョイスティッ
ク型入力装置(以下単に光学式ジョイスティックと呼
ぶ)に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータやゲーム機等に広く使用さ
れている入力装置には、棒の向き及び向きの量(角度及
び角度量)を変えることによりコンピュータ等に位置情
報を与えるジョイスティックと呼ばれる入力装置があ
る。このジョイスティックは、その他、特殊な用途とし
て電動車椅子等の運転のための制御装置にも利用されて
いる。前述のように、ジョイスティックは単に棒の向き
及びその量を変える簡単な操作で位置情報を与えること
ができるので、今後各方面での応用が期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジョイ
スティックの簡単な操作とは反対に、ジョイスティック
の構造は、電磁誘導や機械的なスライドスイッチを使用
する複雑なものであり、構造的な原因による装置の寸法
の大きさや信頼性に問題がある。特に、電動車椅子など
の運転に利用される場合等は、軽量かつ小型なものが強
く望まれる。また、電磁誘導方式のジョイスティックで
は、近くに強い磁界が存在すると、その磁界の影響を受
け、ジョイスティックが誤動作する場合がありうる。こ
のように、従来のジョイスティックは、その基本的作動
原理が複雑であり、装置の信頼性、機構の巨大化、外部
磁界などからの影響の問題が存在する。
【0004】電磁誘導方式のジョイスティックは、通常
4個のコイルを正方形の各頂点の位置に配置し、その中
心に位置した電磁石を動かしたときに各コイルに発生す
る誘導電流の大きさを検知し、その結果を位置情報とす
る構成である。この方式では、電磁誘導を起こすため
に、中心にある電磁石に交流電流を流さなければならな
い。しかしながら、コイルに発生する誘導電流を増加さ
せるために電磁石に流す電流値を増やすと、誘導加熱
(及び抵抗加熱)により発生する熱が問題となる。ま
た、コイルの重量が大きいため、それを保持するための
構造が大きくなってしまう欠点もある。
【0005】図4は、前述の従来の電磁誘導方式のジョ
イスティックの構造を示す側面図であり、図5は、ジョ
イスティックの構造のうちの電磁誘導部分を示す拡大斜
視図である。図に示すように、ジョイスティック10
は、ケーシング24を有し、このケーシング24の上部
には自在継手16が取付けられており、棒12がこの自
在継手16に取付けられている。棒12の上端には操作
用の握り14が取付けられており、またケーシング内の
棒12の下端には電磁石20が取付けられている。この
電磁石20の下方に4つのコイル22が配置されてい
る。なお、カバー18が自在継手16を保護している。
【0006】ジョイスティックはこのように構成されて
いるので、オペレータが握り14を操作することによ
り、棒12の向き及び向きの量を変えることができ、そ
の結果、4つのコイル22に対する電磁石20の位置を
変えることができる。電磁石20には交流電流が供給さ
れており、このため電磁石20によって発生される交番
磁界によりコイルに交流電流が誘起されるが、電磁石2
0の4つのコイル22に対する位置により、各コイルで
検出される電流値が異なり、この電流値の違いにより、
位置情報が得られる。
【0007】前述の電磁誘導式ジョイスティックは、構
造が大型になり、電磁誘導検出用のコイルの取付け位置
の精度により検出電流にばら付きが発生し易い。さら
に、電磁誘導方式自体、検出効率が低いので、これを補
うために電磁石に流す電流も大きくなる傾向を持つ。
【0008】また、機械的なスライドスイッチを利用し
たものでは、電気的接点があるために、ゴミやホコリ、
さらに耐久性に大きな問題を持っている。また、電気的
接点の構造から小型化が困難である。さらに、電磁誘導
や機械的スライドスイッチ方式の最大の欠点として、そ
の分解能が悪い点が挙げられる。したがって、本発明の
目的は、前述の欠点を有する従来の電磁誘導方式や機械
的スライドスイッチとは根本的に作動原理が異なる新規
なジョイスティックを提供することにある。
【0009】本発明の他の目的は、基本構造を簡素化
し、信頼性を上げ、装置の小型、軽量化を達成すること
により、応用分野を広げることができるジョイスティッ
クを提供することにある。製造上の観点から、組立時の
精度、特に中立位置を電気的に調節することを可能にす
ることにより、製造の容易さを向上させる。さらに、価
格の低下をもたらし、作動環境についても、外部磁界な
どの影響に対して、誤動作しないようにする。さらに、
より高い分解能を可能にすることで、ジョイスティック
の応用分野をさらに広げることである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、本発明は、光学式ジョイスティックにおいて、向
きを変更できるように取付けられた棒と、該棒に取付け
られた発光素子と、発光素子からの入射光を受光する少
なくとも2つの受光素子要素を持つ受光素子と、該受光
素子で受光した光量から位置情報を算出する演算回路と
を有することを特徴とする光学式ジョイスティックを採
用するものである。
【0011】
【実施例】次に、図面を参照して、本発明の好ましい実
施例について説明する。図1は、本発明のジョイスティ
ックを示す概略側面図であり、図2はその光学的位置検
出部の拡大側面図であり、図3は、その動作を行う回路
ブロック図である。
【0012】図1及び図2に示すように、ジョイスティ
ック30は、ケーシング31を有し、このケーシング3
1の上部には自在継手36が取付けられており、棒32
がこの自在継手36に取付けられている。棒32の上端
には操作用の握り34が取付けられており、またケーシ
ング内の棒32の下端には発光素子(例えばLED)4
0が取付けられている。この発光素子40の下方に受光
素子46が配置されている。なお、受光素子は、図3に
示すように、4つの受光素子要素46a〜46dを有
し、これらの受光素子要素46a〜46dは正方形の各
頂点の位置に該当する位置に形成されている。なお、受
光素子46はアルミニウムなどの平らな板に光−電圧
(又は電流)変換素子である感光性の素材を蒸着するこ
とにより製造することができる。
【0013】また、集光レンズ44が受光素子46の上
方に保持されており、この集光レンズ44が発光素子4
0からの光を受光素子上に集める。なお、カバー18は
自在継手16を保護するためものである。
【0014】次に、本発明の位置検出の原理を説明する
ための図3を参照すると、発光素子40から出射した光
は集光レンズ44により、4つの受光素子要素46a〜
46dの上に集光される。集光レンズ44により集光さ
れた光のスポット45がこの受光素子要素46a〜46
dの各々に当たることで各受光素子要素46a〜46d
は電圧を発生する。これらの各受光素子要素46a〜4
6dで発生した電圧信号は、増幅回路50で増幅され、
マイクロプロセッサ52のA/D変換器54によりデジ
タル信号に変換される。これらのデジタル信号は、詳細
には後述するが、マイクロプロセッサ52の演算回路5
6で、握り34の位置、即ち棒31の向き及び向きの量
に基づく位置を算出し、また発光素子40の出力を一定
に制御するためのパワー制御するために使用される。
【0015】次に、発光素子のパワー制御について説明
する。演算回路56は、各受光素子要素46a〜46d
に基づいて得られた電圧の出力値(受光量)を合計する
演算を行う。この総合出力値が出力制御回路58に送ら
れ、出力制御回路58において、予め設定された値と比
較され、これらの差がゼロとなるように発光素子40に
供給するドライブ電流の値を制御し、それによって発光
素子の出力が一定になるように制御する。即ち、制御出
力回路58はフィードバック回路として機能する。
【0016】次に、位置算出について説明する。演算回
路56は、位置検出のために、次のような演算を行う。
なお、以下の説明の便宜上、各受光素子要素46a、4
6b、46c、46dの出力をA、B、C、Dを表す。
【0017】最初に、これらの出力を次のように正規化
する。 受光素子要素46aの正規化値=NA=A/(A+B+
C+D) 受光素子要素46bの正規化値=NB=B/(A+B+
C+D) 受光素子要素46cの正規化値=NC=C/(A+B+
C+D) 受光素子要素46dの正規化値=ND=D/(A+B+
C+D)
【0018】正規化した値から、スポットの受光素子上
の位置を、上下方向の位置と左右方向の位置の位置を以
下の演算により求める。
【0019】 上下位置UD=(NA+NB)−(NC+ND) 左右位置LR=(NA+ND)−(NB+NC)
【0020】このようにして得られた結果の値に、比例
定数を乗算して、位置情報を得る。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明は、
従来の電磁誘導方式や機械的スライドスイッチによるジ
ョイスティックとは全く異なった原理である光学式のジ
ョイスティックを用いるので、小型、軽量化を図れると
共に、製造が容易であり、消費電力を少なく、精度が高
いジョイスティックを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明のジョイスティックを示す概略
側面図である。
【図2】図2はその光学的位置検出部の拡大側面図であ
る。
【図3】図3は、その動作を行う回路ブロック図であ
る。
【図4】図4は、前述の従来の電磁誘導方式のジョイス
ティックの構造を示す側面図である。
【図5】図5は、ジョイスティックの構造のうちの電磁
誘導部分を示す拡大斜視図である。
【符号の説明】
30 ジョイスティック 32 棒 34 握り 40 発光素子 44 集光レンズ 46 受光素子 46a、46b、46c、46d 受光素子要素 52 マイクロプロセッサ 54 A/D変換器 56 演算回路 58 出力制御回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光学式ジョイスティックにおいて、向き
    を変更できるように取付けられた棒と、該棒に取付けら
    れた発光素子と、発光素子からの入射光を受光する少な
    くとも2つの受光素子要素を持つ受光素子と、該受光素
    子で受光した光量から位置情報を算出する演算回路とを
    有することを特徴とする光学式ジョイスティック。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の光学式ジョイスティック
    において、前記受光素子が上下方向及び左右方向の位置
    を決めるための4つの受光素子要素を持つことを特徴と
    する光学式ジョイスティック。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光学式ジョイスティック
    において、前記受光素子で受光した光量の総和を算出す
    る演算回路と、該演算回路で算出した光量の総和に基づ
    いて発光素子の出力が一定になるように制御する出力制
    御回路とをさらに有することを特徴とする光学式ジョイ
    スティック。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の光学式ジョイスティック
    において、発光素子と受光素子との間に発光素子からの
    光を集光するレンズをさらに有することを特徴とする光
    学式ジョイスティック。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の光学式ジョイスティック
    において、前記発光素子がLEDであることを特徴とす
    る光学式ジョイスティック。
JP3130463A 1991-05-02 1991-05-02 光学式ジョイスティック Pending JPH06119105A (ja)

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