JPH08510343A - ジョイスティック用の光電式変位量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ジョイスティックのさらなる変位を可能にし、またジョイスティック軸体（１２９）が接触する虞をなくした拡大された軸体開口部（１３１）を有する改善された光電式制御装置の開示である。発光素子（１０９）と受光素子（１１１）は一方側に設けられ、また対応する発光素子と受光素子は他方側に設けられており、クロストークをなくせるようにする。各発光素子と受光素子のための独立した空間部（１０５、１０７）がハウジングに設けられており、同じ空間部に１つ以上の発光素子と受光素子を設けないようにする。ハウジング（１０３）から延設されるピン（１４１）により回路基板が位置決めされて回路基板（１１７）が正確に配置される。カバー（１１９）は、ピンとソケット（１４７）を用いて取付けられ、基板とカバーの間に間隙を設ける。カバーはピンに対して接着剤で固定される。ジョイスティックは逆方向にも設けられる１つのアクチエータまたはブッシュを用いて４方向と８方向の間で変換できる。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 ジョイスティック用の光電式変位量検出装置 発明の分野 本発明は、ジョイスティック制御装置及び同種の装置に係り、ジョイス ティックの制御軸体の変位量を検出するジョイスティック用の光電式変位量検出 装置に関するものである。 発明の背景 ミッチェルになる米国特許番号５、１１７、１０２号の「ジョイスティ ック用の光電式変位量検出装置」のジョイスティックによれば、４セットの発光 素子と受光素子を用いてジョイスティックの相対位置を光学的に決定する電子装 置が開示されている。このセットは、２対分が配設されている。各対は、光軸が 互いに平行になっている２個の発光／受光素子のセットからなっている。この装 置によれば、ジョイスティックの制御軸体に対する物理的な接触なしで、電気− 機械式スイッチの開閉動作を行うものである。ジョイスティックの動きに伴い、 光軸は選択的に遮蔽されるか、または対向する位置の１セット分の光検出器を照 射するように構成されている。光検出器が十分な光量を受けると、ロジックのハ イ状態がロジックのロー状態に変化して、その中を電流が流れるようにして機械 的スイッチを閉状態にするように構成されている。光検出器の「開状態」と「閉 状態」とから制御軸体の変位が決定される。また制御器は交換可能なブッシュ等 により、制御軸体の外径寸法を変更することで４方向と８方向の間で変更でき、 また感度が簡単に変更可能になっている。 米国特許番号５、１１７、１０２号の図１０、１１、１２と１３におい て特に説明されているジョイスティックの実施例において、制御モジュールまた は光電検出器（’１０２モジュール）は４セットの発光／受光素子がジョイステ ィックの軸体が通過する開口部の回りに配設されることが記載されている。この 光電検出器は成功をおさめており、機械的スイッチ検出器のシステムに対して大 きな改善となったが、若干の問題点を残している。例えば、ジョイスティックの 設計時及びジョイスティックが磨耗し始めたときにおいて、制御軸体は光電検出 器の開口部の縁部に対して衝突することになる。加えて、発光 ／受光素子のセット間のクロストークまたはクロス干渉を防止する対策が施され る一方で、近傍の光源からの干渉もしばしば発生することになる。さらなる問題 点は、回路基板の位置決め固定の構造に起因する。この回路基板は、検出器モジ ュールのハウジング内において、回路基板のハンダ面上に嵌合するカバーにより 固定されていた。この回路基板の配設は、検出器モジュールのハウジングの内壁 に対して隙間なく嵌合することによっていた。もし仮に、ハウジングと回路基板 の寸法が正確でない場合、あるいは不均一なハンダ接続状態によりカバーを回路 基板上に均等に押し付けることができない場合には、回路基板に位置ズレが発生 する。この結果、発光／受光素子のセットは回路基板上に実装されるために位置 ズレが発生してしまい、ハウジングの光遮蔽開口部に対する位置ズレとなってし まう。このために、発光素子から対応する受光素子に向かう光軸を、全てまたは 部分的に遮蔽してしまうことになる。さらにまた、光電検出器を備えたジョイス ティックを４方向と８方向の間で検出するように変更するためには、取り外し可 能なブッシュが必要であり、夫々外径の異なる独立したブッシュが必要であった 。 発明の目的 したがって、本発明は上記の’１０２モジュールの問題点を解決する光 電検出器とジョイスティックを提供することを目的としている。 本発明のさらなる目的は、後述の記載から明らかになるであろう。 発明の要約 本発明は’１０２モジュールに置換されるようにモジュール設計された 変位量検出器である。その外径寸法は’１０２モジュールと略同じてあり、’１ ０２モジュールと似ている取り付け凸部を有しており、従来からのジョイスティ ックに対して’１０２モジュールと同じように取付け可能である。 本発明によれば、軸体の開口部は、’１０２モジュールの開口部よりも 実質的に大きく設定されており、ジョイスティックが磨耗するにつれて軸体がさ らに変位したときでも接触する虞がないようにしている。 ’１０２モジュールによれば、一対の発光／受光素子のセットの発光素 子の両方とも同じ側に設けられていた。本発明においては、１つの発光素子と受 光素子とが一方の側に設けられており、これらに対応する発光素子と受光 素子とが他方の側に設けられている。このように配置することで、受光素子が対 応する発光素子以外からの光源を受けることで発生するクロストークを防止でき る。 本発明によれば、各発光素子と各受光素子のために分離した空間部がハ ウジングに設けられており、１つ以上の発光素子または受光素子を同じ空間部に 設けないようにしている。この構成は、同様にクロストークを防止するために寄 与する。 本発明によれば、回路基板組立体はハウジングから延設される複数のピ ンにより位置決めされて、回路基板がハウジングに対して正確に位置決めされる ことを保証している。 ’１０２モジュールによれば、回路基板はハウジングの縁部に対しての み位置決めされるので、精度が劣っていた。 本発明によれば、カバーは複数のピンとソケットを用いて取付けられる ようにして、回路基板とカバーの間において間隙を設けるようにして、ハンダ面 が平滑かつ均一にする必要をなくしている。カバーは、ピン上の接着剤により固 定される。’１０２モジュールによれば、カバーが押し付けらた状態で基板が固 定されていた。このために、ハンダ面が平滑かつ均一である必要があった。また 旧カバーは、さらにカバーの縁部回りに設けた接着剤により固定されていた。 本発明によれば、ジョイスティックを４方向と８方向の間で検出可能に 変更するために１つのアクチエータ乃至ブッシュを用いて変更できる。この構成 は、’１０２号特許のように異なる外径を有するブッシュを交換しなけらばなら ない構成と比較して優れている。 図面の簡単な説明 図１は、米国特許番号５、１１７、１０２号に開示された変位量検出器 の模式図である。 図２は、本発明の変位量検出器の断面図である。 図３は、本発明の変位量検出器及びジョイスティックの立体分解図であ る。 発明の詳細な説明 図１は、米国特許番号５、１１７、１０２号に開示された変位量検出器 の模式図である。本図において、ｘ−軸（左／右）検出器２０３とｙ−軸（上／ 下）検出器２０５を具備する光電制御装置２０１が示されている。このｘ−軸検 出器２０３は、夫々のセットが発光素子２０９、２１０と受光素子２１１、２１ ２を具備する２つの光発光／受光素子セット２０７、２０８を具備している。２ つの光発光／受光素子セット２０７、２０８の発光素子２０９、２１０と受光素 子２１１、２１２は、光軸２１３、２１４に沿うように配置されており、発光素 子２０９、２１０から照射して光軸２１３、２１４に沿うように移動した光が、 セット２０７、２０８の夫々の受光素子２１１、２１２により検出できるように している。各セットの光軸２１３、２１４は互いに実質的に平行である。 ｙ−軸検出器２０５は、略同様に、夫々のセットが発光素子２１７、２ １８と受光素子２１９、２２０を具備する２つの光発光／受光素子セット２１５ 、２１６を具備する。発光素子２１７、２１８と受光素子２１９、２２０は互い に実質的に平行な光軸２２１、２２２に沿うように配置されている。 ｘ−軸検出器２０３の発光／受光素子セット２０７、２０８の光軸２１３、２ １４は、ｙ−軸検出器２０５の発光／受光素子セット２１５の光軸２２１、２２ ２と実質的に垂直である。このように配置することにより、中立位置からの制御 軸体２２３の２軸方向に沿う変位量を検出出来るようになる。制御軸体２２３の 中立位置は、各発光／受光セット２０７、２０８、２１５、２１６における各発 光素子２０９、２１０、２１７、２１８から対応する各受光素子２１１、２１２ 、２１９、２２０へ向かう光軸２１３、２１４、２２１、２２２を遮蔽すること になるので、各受光素子２１１、２１２、２１９、２２０を作動しないようにで きる。図１において、この中立位置２２４は制御軸体２２３が中立位置にあると きにその中心点で示されている。中立位置２２４から充分に制御軸体２２３が変 位すると、ｘ−軸検出器及びｙ−軸検出器２０３、２０４、２０５、２０６の一 方または双方における各発光／受光セット２０７、２０８、２１５、２１６の内 の光軸２１３、２１４、２２１、２２２の内の１つ の光軸に沿う充分な光が通過する。このようにして、充分な光量が、光検出器を 作動させるための１つまたは２つの受光素子２１１、２１２、２１９、２２０に 到達して光検出器を作動して、変位量を検出する。 本発明の変位量検出器の断面図である図２を参照して、変位量検出器モ ジュール１０１は取付凸部１０４を有するハウジング１０３を具備する。このハ ウジングは、発光素子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄと受光素子１１ １ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄを含むとともに、制御軸体開口部１３１の 回りに配設される空間部１０５、１０７を有している。遮蔽用開口部１４５は、 各空間部と制御軸体開口部の間を連通しており、発光素子１０９ａ、１０９ｂ、 １０９ｃ、１０９ｄと受光素子１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄとの間 で、光が通過するようにしている。各空間部１０５、１０７は受光素子１１１ａ 、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄまたは発光素子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ 、１０９ｄの１つのみを収容する。受光素子１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１ １１ｄを収容する空間部１０７は、発光素子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１ ０９ｄを有する空間部１０５のいずれかからも分離した独立した状態にされるこ とになり、クロストーク発生の可能性が減少する。 ｘ−軸検出器１１３の発光素子１０９ａ、１０９ｂから受光素子１１１ ａ、１１１ｂに至る光路は、実質的に平行であり、発光素子１０９ａ、１０９ｂ と受光素子１１１ａ、１１１ｂは、１つの発光／受光素子セット（１０９ａ／１ １１ａ）の光が他の発光／受光素子セット（１０９ａ／１１１ａ）から対向する 方向に到達するようにしている。ｙ−軸検出器１１５における発光素子１０９ｃ 、１０９ｄと受光素子１１１ｃ、１１１ｄも同様に配設される。ｘ−軸検出器１ １２を用いて説明すると、第１の発光素子１０９ａに対応する第１の受光素子１ １１ａからなる第１の発光／受光素子セットと、第２の発光素子１０９ｂに対応 する第２の受光素子１１１ｂからなる第２の発光／受光素子セットが設けられて いる。発光素子１０９ａ、１０９ｂと受光素子１１１ａ、１１１ｂは２つの平行 な光路における光が対向する方向に到達するように配設されている。 これに対して、’１０２モジュールによれば各ｘ−軸、ｙ−軸検出器に おける双方の光路の光は、平行な光路を沿うように同方向に到達するように している。これは、図１に図示のように双方の検出器が発光／受光素子セットの 一端に設けらていることによる。本発明によれば、各軸検出器の夫々の一端にお いて発光素子と受光素子が設けられている。このように発光／受光素子を設ける ことにより、最上の発光素子または右側の受光素子から始まって、時計回りに発 光素子−受光素子の順番になるとして表わせられる。図２において、発光素子は Ｅ−Ｄ−Ｄ−Ｅ−Ｅ−Ｄ−Ｄ−Ｅ（Ｅ＝発光素子、Ｄ＝受光素子）の配置となる 。この他の配置として、一対の発光／受光素子において光が対向する方向に到達 する構成であって、例えば、Ｅ−Ｄ−Ｅ−Ｄ−Ｅ−Ｄ−Ｅ−Ｄにする配置が考え られる。対向する方向に光を到達することは、’１０２モジュールのように同じ 方向に光が到達する場合に比較してクロストークを減少できることが判明した。 図３は、図２のジョイスティック機構の制御モジュールの立体分解図で ある。本図において、本発明の制御モジュール１０１は、ハウジング１０３と、 空間部１０５、１０７と、遮蔽用開口部と、回路基板組立体１１７と、カバー１ １９とを具備する。実用化可能に構成されているジョイスティック機構１２１（ 登録商標ＨＡＰＰ）であって、通常の機械式検出器機構を設けていない様子が示 されている。アダプター板１２３には、ネジを用いてアダプター板１２３を取り 付けるための孔部１２５が設けられている。このアダプター板１２３は、制御モ ジュール１０１のハウジング１０３の凸部１０４に対して嵌合する取付け構造部 １２７を具備している。 組み立る場合には、制御軸体１２９はモジュール１０１の制御軸体開口 部１３１から延びて、中立位置に位置される。この制御軸体開口部１３１は、制 御軸体１２９とブッシュ１３５の双方またはいずれかが開口部１３１の縁部に当 接しないように充分に大きく設定される一方、制御軸体部位はその動きにおいて 、特に上下左右方向のいずれかの角部にあるときに任意の位置に移動できるよう にしている。この制御軸体１２９はさらに、Ｃ型止め輪のような好適な固定手段 １３５により固定される着脱自在のブッシュ１３３が設けられる。このブッシュ １３３は、第１の直径を有する第１の部位１３７と、第２の直径を有する第２の 部位１３９を有しており、制御軸体１２９からブッシュ１３５を取り外してから 各部位１３７、１３９を逆さまにして挿入することで外径直 径を変更できるようにしている。このようにして、制御軸体の外径直径を４方向 と８方向の間で検出できるようにするか、または変位量検出器の感度を変更する ようにしている。 図３を参照して、単一の回路基板組立体１１７上において４つの発光素 子と４つの受光素子（発光素子１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃと受光素子１１１ ｂ、１１１ｃ、１１１ｄが図示されている）が取り付けられている。この回路基 板はさらに、好適な電気的接続部と発光素子と受光素子を保持するための回路を 有している。この回路基板は各発光素子と各受光素子がハウジング１０３内の適 当な空間部１０５、１０７内に収容できるようにしている。この回路基板は、ハ ウジング１０３内において複数のピン１４１の手段により所定位置に固定される が、ピンは回路基板１１７の孔部１４３を通過してカバーの雌ソケット１４７に まで延びている。これらのピンは、ソケットに固定されてカバーが回路基板に当 接することを防止し、回路基板とカバーの間を離間状態に維持する。この離間状 態は、ソケットの回りの肩部と接着剤とを使用することで達成してもよい。 尚、本発明は実施例と実例から述べられたが、請求の範囲において規定 される種々の構成が当業者において可能であり、上記実施例に限定されないもの である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．制御軸体の変位量を決定するための光電式制御装置において、 （ａ）２つの発光素子／受光素子セットからなり、各セットが１つの発光素子と １つの受光素子とが光軸に沿うように配置され、前記発光素子からの光が前記光 軸に沿うようにして前記受光素子に到達するようにするとともに、前記２つの発 光素子／受光素子セットの光軸が互いに実質的に平行に設けられたｘ−軸検出器 と、 （ｂ）２つの発光素子／受光素子セットからなり、各セットが１つの発光素子と １つの受光素子とが光軸に沿うように配置され、前記発光素子からの光が前記光 軸に沿うようにして前記受光素子に到達するようにするとともに、前記２つの発 光素子／受光素子セットの光軸が互いに実質的に平行に設けられたｙ−軸検出器 とからなり、 前記ｘ−軸検出器の発光素子／受光素子セットにおける光軸と、前記ｙ−軸検 出器の発光素子／受光素子セットにおける光軸とが互いに実質的に垂直にされ、 また前記ｘ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定され る面と、前記ｙ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定 される面とが実質的に前記制御軸体が中立位置にあるときに長手方向に対して垂 直にされ、 また、前記ｘ−軸検出器と前記ｙ−軸検出器は前記制御軸体が中立位置から変 位した状態を検出するために、前記発光素子／受光素子セットの各発光素子と対 応する受光素子に至る光軸が遮蔽され、前記制御軸体の前記中立位置からの変位 量により発光素子からの充分な光量により少なくとも１つの発光素子／受光素子 セットにおける対応する受光素子が起動するように構成された光電式制御装置に おいて、 前記発光素子と前記受光素子を収容するためのハウジング手段であって、発光 素子または受光素子の１つのみを収容するための複数の空間部と、該空間部にお いて発光素子と対応する受光素子のセットの間における光路を形成するように設 けられる遮蔽用開口部とを具備してなり、 前記空間部と前記遮蔽用開口部とにより、受光素子に対応する発光素子から照 射されない光を遮蔽するように構成することを特徴とする光電式制御装置。 ２．発光素子／受光素子セットは、第１の発光素子と対応する第１の受 光素子からなる第１の発光素子／受光素子セットと、第２の発光素子と対応する 第２の受光素子からなる第２の発光素子／受光素子セットとからなり、２つの平 行な光路は反対方向に到達することを特徴とする請求の範囲１に記載の光電式制 御装置。 ３．制御軸体の変位量を決定するための光電式制御装置において、 （ａ）２つの発光素子／受光素子セットからなり、各セットが１つの発光素子と １つの受光素子とが光軸に沿うように配置され、前記発光素子からの光が前記光 軸に沿うようにして前記受光素子に到達するようにするとともに、前記２つの発 光素子／受光素子セットの光軸が互いに実質的に平行に設けられたｘ−軸検出器 と、 （ｂ）２つの発光素子／受光素子セットからなり、各セットが１つの発光素子と １つの受光素子とが光軸に沿うように配置され、前記発光素子からの光が前記光 軸に沿うようにして前記受光素子に到達するようにするとともに、前記２つの発 光素子／受光素子セットの光軸が互いに実質的に平行に設けられたｙ−軸検出器 とからなり、 前記ｘ−軸検出器の発光素子／受光素子セットにおける光軸と、前記ｙ−軸検 出器の発光素子／受光素子セットにおける光軸とが互いに実質的に垂直にされ、 また前記ｘ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定され る面と、前記ｙ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定 される面とが実質的に前記制御軸体が中立位置にあるときに長手方向に対して垂 直にされ、 また、前記ｘ−軸検出器と前記ｙ−軸検出器は前記制御軸体が中立位置から変 位した状態を検出するために、前記発光素子／受光素子セットの各発光素子と対 応する受光素子に至る光軸が遮蔽され、前記制御軸体の前記中立位置からの変位 量により発光素子からの充分な光量により少なくとも１つの発光素子／受光素子 セットにおける対応する受光素子が起動するように構成された光電式制御装置に おいて、 前記発光素子と前記受光素子を収容するためのハウジング手段であって、前記 発光素子及び前記受光素子を収容するための複数の空間部と、該空間部にお いて発光素子と対応する受光素子のセットの間における光路を形成するように設 けられる遮蔽用開口部とを具備してなり、 前記空間部と前記遮蔽用開口部とにより、受光素子に対応する発光素子から照 射されない光を遮蔽し、 かつ、前記発光素子と前記受光素子を取り付けるための１枚の回路基板を、該 回路基板の孔部を挿通するように延設された少なくとも２つのピンにより、前記 ハウジング内に固定するように構成することを特徴とする光電式制御装置。 ４．前記ハウジングに対してカバーを固定するために、前記カバーにお ける雌ソケットまで延設される複数のピンによりカバーを固定し、前記カバーが 前記回路基板から離間するようにすることを特徴とする請求の範囲３に記載の光 電式制御装置。 ５．ジョイスティック制御装置において、 （１）使用者の操作用のハンドル端部と、回動軸支部と、制御軸体部と を備えるジョイスティックと、 （２）前記回動軸支部に対して協働可能に取付けられるジョイスティッ ク取付け手段であって、前記ハンドル端部の操作により前記ジョイスティックが 前記回動軸支部回りにおいて角度をなすように角度運動させるするとともに、前 記制御軸体部が前記角度運動により変位するようにしたジョイスティック取付け 手段と、 （３）変位量検出器であって、（ａ）２つの発光素子／受光素子セット からなり、各セットが１つの発光素子と１つの受光素子とが光軸に沿うように配 置され、前記発光素子からの光が前記光軸に沿うようにして前記受光素子に到達 するようにするとともに、前記２つの発光素子／受光素子セットの光軸が互いに 実質的に平行に設けられたｘ−軸検出器と、（ｂ）２つの発光素子／受光素子セ ットからなり、各セットが１つの発光素子と１つの受光素子とが光軸に沿うよう に配置され、前記発光素子からの光が前記光軸に沿うようにして前記受光素子に 到達するようにするとともに、前記２つの発光素子／受光素子セットの光軸が互 いに実質的に平行に設けられたｙ−軸検出器とからなり、前記ｘ−軸検出器の発 光素子／受光素子セットにおける光軸と、前記ｙ−軸検出器の発光素子／受光素 子セットにおける光軸とが互いに実質的に垂直にされ、 また前記ｘ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定され る面と、前記ｙ−軸検出器の発光素子／受光素子セットの平行な光軸により規定 される面とが実質的に前記制御軸体が中立位置にあるときに長手方向に対して垂 直にされ、また、前記ｘ−軸検出器と前記ｙ−軸検出器は前記制御軸体が中立位 置から変位した状態を検出するために、前記発光素子／受光素子セットの各発光 素子と対応する受光素子に至る光軸が遮蔽され、前記制御軸体の前記中立位置か らの変位量により発光素子からの充分な光量により少なくとも１つの発光素子／ 受光素子セットにおける対応する受光素子が起動するように構成された光電式制 御装置において、 前記光電式制御装置は、各発光素子からの光線を狭め、各受光素子の光軸に沿 わない光を遮蔽し、かつまた、１つまたはそれ以上の受光素子に対して近傍の光 が到達しないように構成されたハウジング手段と、 組立時において、前記変位量検出器に固定するために前記ジョイスティック取 付け手段の所定部位に対して協働的に嵌合される取付手段と、 前記制御軸体の制御軸体部位を受入れるとともに、前記制御軸体がいかなる位 置に運動されてもその縁部が当接しないように充分に大きく形成される制御軸体 開口部とを具備することを特徴とするジョイスティック制御装置。 ６．前記制御軸体部位は、該制御軸体部位の外径直径を変更するための 手段を含み、該手段を第１の直径を有する第１の部位と第２の直径を有する第２ の部位を有する着脱自在のブッシュを前記制御軸体部位から取り外してから前記 第１の部位と第２の部位を逆さまにして挿入することで外径直径を変更すること を特徴とする請求の範囲５に記載のジョイスティック制御装置。