JPS6378225A - 位置情報入力装置 - 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 本発明は、操作板上において、２次元的に描く手書き図
形などをコンピューターにオンラインで入力する場合や
グラフィック処理などに使用して有効な位置情報入力装
置に関するものである。

従来の技術 従来、手動操作にともなって平面上を移動する物体に付
属され球体の動きを信号に変換して、その物体の位置情
報を得、その位置情報をコードなどを通してコンピュー
ターなどに入力するエンコーダーを用いた位置情報入力
装置として第６図。

第７図および第８図に例示するものが考えられている。

第６図は位置情報入力装置の使用例図であり、第７図は
位置情報入力装置の一部切断側面図、第８図はその要部
切断平面図である。それらの図面において、１は杷持可
能なハウジングであり、前記ハウジング１の内部には球
体２が転動可能に納められており、かつ、その球体２の
下部は、前記ハウジング１の底部に設けられた開口３よ
り下部へ突出して、載置平面４と接するようになってい
る。

また、前記・・ウジング１は、前記球体２と前記ハウジ
ング１の底面部に転動自在に設けられた複数個のボール
５によって、載置平面４上で移動自在に支承される。

前記球体２と前記球体２に対し直角になるように配置さ
れた２つの金属製の検出軸ｅａ　、ｅｂとが接するよう
に、前記球体２と前記検出軸６＆、　　。

６ｂとの接触点と前記球体２の回転中心を含む平面上で
前記検出軸ｅａ　、ｅｂから等角度にある前記球体２面
上を圧接する弾性付勢ローラ７が設けられている。

前記検出軸ｅａ　、ｅｂは、それぞれ金属製の回転軸ａ
ａ　、ｓｂに一体成形、または、圧入されている。前記
回転軸ｓａ　、ｓｂの回転をスムーズに行なわせるため
、含油メタル軸受やボールベアリングなどの軸受９ａ、
９ｂ、９Ｃ，９ｄで前記回転軸６ａ、ｓｂを支持してい
る。

前記回転軸ｓａ　、ｓｂの一端に位置情報検出部１０ａ
、１０ｂを設けている。

従来、この位置情報検出部Ｉ　Ｃ１，１０ｂは、回転軸
８１Ｌと８ｂＫそれぞれ連結されたポテンションメータ
で構成され、これらポテンションメータは、検出軸ｅａ
　、　６ｂの回転量に応じて抵抗値が変化する構造とな
っていた。

しかし最近、高信頼性の位置入力情報装置として、前記
位置情報検出部１０ａ、１ｏｂに光エンコーダーを用い
て非接触方式の位置情報入力装置が開発されている。次
に第９図、第１０図、第１１図を用いて説明する。第９
図ａ、ｂにこの光エンコーダーを用いた位置情報検出部
の側面図及び要部断面図を示す。第９図において、回転
軸８は、前記回転軸ｓａ、ｓｂを称したものであり回転
板１３が前記回転軸８に取り付けられ、前記回転軸８の
両端を軸受１４ａ、１４ｂで支持している。この時、軸
受１４＆はケース２０とケース２１ａで保持され、軸受
１４ｂはケース２１ｂで保持される。前記回転板１３に
対し、前記軸受１４ａが配置している反対側の近傍に２
個の発光器１５ａ、１５ｂと前記発光器１ｓａ、１ｓｂ
を配した前記回転板１３の反対側に前記発光器１６ａ。

１５ｂに対向するように２個の受光器１６ａ、１６ｂと
をケース２０，２１内に配置している。そして、前記受
光器１６２Ｌ　、　１　ｅｂの検出信号を検出値に応じ
た信号を発生する回路を通し、コンピューターの入力部
に接続されている。

次に上記光エンコーダーを用いた従来例の動作について
説明する。

まず、入力操作者が手でハウジング１を把持して、載置
平面４上で動かすと、そのハウジング１の移動にともな
って球体２も載置平面４上を転動する。すると、前記球
体２の外周に接触し、垂直に配置された前記検出軸ｅａ
　、ｅｂが回転し、それに伴なって回転軸ｓａ　、ｓｂ
も回転する０この時、前記球体２は前記ハウジング１の
移動方向と同方向へ向かって転動するとともに、ハウジ
ング１の移動量に応じた量だけ前記球体２も転動する。

嘔らに、前記検出軸ｅａ　、ｓｂは前記ハウジング１の
移動量、すなわち前記球体２の載置平面４上での移動量
に応じた回転をし、前記検出軸６＆。

６ｂと一体となっている前記回転軸ａａ　、ｓｂ及び前
記位置情報検出部１０ａ、１ｏｂ内の回転板１３も同様
に回転する。このように、前記回転軸８Ｎ　、８ｂの回
転角を前記位置情報検出部１０ａ。

１０ｂにより検出することで、ハウジング１の移動方向
ならびに移動量に応じた位置情報を与える。

次に、位置情報検出部１０ａ、１ｏｂの動作を詳細に説
明する。前述したように、回転板１３が回転軸８に固定
されているため、前記回転軸８が回転すると前記回転板
１３も同様に回転し、前記回転板１３の全周にわたりあ
る複数個のスリット１９が前記回転板１３に平行になる
ように配置された発光器１５ａ　、　１５ｂから前記発
光器１５２Ｌ。

１６ｂと前記回転板１３をはてんで対向し前記回転板１
３に平行になるように配置された受光器１６ａ、１８ｂ
へ発している赤外光、可視光、紫外光などの光を開閉さ
せ、前記受光器１６２Ｌ、１６ｂが開閉されたこの光を
検知する。よって、前記回転板１３の回転により前記回
転板１３のスリット１９の開閉が繰り返され、前記受光
器１６ａ　、　１６ｂの出力はＯＮ、ＯＦＦ　状態（ま
たは、ＯＦＦ　、　ＯＮ状態）を繰り返す。前記回転板
１３のスリット１９は前記回転板１３上に等角度で配置
されているため、前記受光器１ｅａ　、　１ｓｂの出力
のＯＮ。

ＯＦＦ　状態の出力波形をカウントすることにより、前
記回転軸８の回転角が検出でき、前記ハウジング１の移
動量を求めることができる。

つぎに前記ハウジング１の移動方向検出について説明す
る。

一対の発光器１６２Ｌ−受光器ｉｅａの光軸と孔が等角
度で全周にわたり複数個おいている回転板１３との交点
と前記回転板１３のスリブ）１９ａの中心線とを一致（
点２３）させた時の地対の発光器１５ｂ−受光器１６ｂ
の光軸と前記回転板１３との交点人とこの点に一番近い
スリット１９ｂの中心線Ｂとの回転中心Ｏに対するズレ
角度β（／ＢＯＡ）は設計的に前記回転板１３のスリッ
ト１９のピンチ角度Ｐに対して、β＝±Ｐ／４の関係を
有する。従来例では、前記一対の発光器１６ａ−受光器
１６１１Ｌの光軸と前記地対の発光器１ｓｂ−受光器１
６ｂの光軸との点Ｏを中心とする相対位置角度ａは、約
１３０°に定めており、前記ピッチ角度Ｐ＝８°、ズレ
角度β＝２°となっている。

この時の回転板１３上のス’）　ソ）　１９の角度ηは
４°である。ここで前記ピッチ角度Ｐは、前述の出力波
形１カウント当りの前記位置情報入力装置の移動量（以
下分解能と呼ぶ）を０．５Ｍと設定し、前記球体２と前
記検出軸ｅａ、ｅｂの外形寸法の関係により８°とした
。また、前記発光器１５２Ｌ。

１６ｂから発する光は前記受光器１６＆、１６ｂに到達
するまでに散乱してしまうため、前記回転板１３と前記
受光器１６１ａ　、　１６ｂの間にシャッター２６を設
は前記受光器１８ａ、１６ｂの受光量を安定化している
。前記シャッター２５は、前記相対位置角度ａなるスリ
ットを複数個有している。

前記受光器１８ａ、１８ｂの出力をその出力値に応じた
信号に変換する回路を通して矩形波形に変換した出力を
第１１図に示す。

第１１図において、ａは前記回転軸８をある方向に一定
回転させた時の前記受光器１６ａ、１　ａｂの出力を前
記回路によって変換された出力波形であり、ｂは前記回
転軸８をａとは反対方向に一定回転させた時の前記受光
器１ｓｔ、１６ｂの出力を前記回路によって変換された
出力波形である。

ａについて、変換された前記受光器１８ａの出力がＬｏ
ｗからＨｉｇｈに立ち上った時、変換された前記受光器
１６ｂの出力がＬｏｗの状態である。一方すについては
、変換された前記受光器１６ａの出力がＬｏｗからＨｉ
ｇｈに立ち上った時変換された前記受光器１６ｂの出力
がＨｉｇｈの状態である。

このようにａ、ｂについて、変換された前記受光器１６
ａの出力がＬｏｗからＨｉ　ｇｈに立ち上った時変換さ
れた前記受光器１６ｂの出力状態の違いにより、前記回
転軸８の回転方向を決める。さらに、変換された前記受
光器１６ａの出力と変換された前記受光器１６ｂの出力
との位相差Ｔｄは、前記一対の発光器１５ａ−受光器１
６ａと前記地対の発光器１５ｂ−受光器１６ｂの相対位
置と前記回転Ｔｆｉ１３のスリット１９との回転中心に
対する上記ズレ角度βによって決まる。β＝±Ｐ　／　
ａの関係を有する場合、Ｔｄ−Ｔ／４　の有効な位相差
を得ることができる。

このように、前記ハウジング１の移動に従ってハウジン
グ内に垂直に配置された前記検出１１１１ｅ　ａ　。

６ｂおよび、回転軸ｓａ　、ｓｂも回転し、前記回転軸
ｓａ、ｓｂに取り付けられている前記スリット１９が全
周にわたり等角度で複数個おいている前記回転板１３も
回転し、前記回転板１３の表裏いずれかに配置された２
つの前記発光器１６ａ。

１６ｂおよび、前記発光器１５ａ、１５ｂと対応するよ
うに配置された２つの前記受光器１６ａ。

１６ｂにより前記回転板１３のスＩＪ　ノド１９の開閉
数をカウントし、前記２つの受光器の出力波形の位相差
を検知することにより移動量、移動方向（Ｘ−Ｙ方向及
び十一方向）を検出することができる。

発明が解決しようとする問題点 このようＶこ従来の構成では次の様な問題があった。す
なわち、位置情報入力装置１の移動方向および移動量を
検出する位置情報検出部１ｏは、検出軸６ａ　、６ｂが
圧入された回転＠８２Ｌ、８ｂと、前記回転軸８ａ、８
ｂに取り付けられている回転板１３と、前記回転軸ｓ！
Ｌ、Ｂｂを回転保持する軸受１４ａ、１４ｂと、発光器
１５＆、１５ｂ。

受光器１６２Ｌ　、　１　ｅｂと、前記発光器１５Ｊ１
５ｂ。

受光器１６２Ｌ　、　１　ｅｂを回転軸ｓａ　、ｓｂの
回転中心Ｏより約１３００の位置に挿入し、また、前記
軸受１４２Ｌを下方向より保持するケース２１＆と前記
軸受１４ａを上方向より保持するケース２ｏと前記軸受
１４ｂを保持するケース２１ｂと、前記発光器１５ａ、
１５ｂの発する光の散乱を防止するためのシャッター２
６により構成されている。

以上の構成により、各々の部品寸法にズレが生じた場合
、構成部品の位置ズレや回転中心ズレを起こし、有効な
位相差（Ｔｄ＝Ｔ／４）が得られず、移動方向の逆転や
移動量誤差を起すことがあり、各々の部品に対して非常
に精密な寸法精度要求が必要とされている。また、その
ことにより、非常に高価なものになっている。

本発明は、このような問題点を解決するもので、前記回
転軸の回転中心のズレと、回転中の中心プレと、構成部
品の位置ズレを小さくすることにより有効な位相差が得
られる優れた位置情報検出部を設けかつ、安価な位置情
報入力装置を提供することを目的とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するため、平面上を移動しうる
ハウジングと、前記・・ウジングの前記平面上での移動
に伴なって回転するように前記ハウジングに転動可能に
設けられた球体と、前記球体の回転によって前記ハウジ
ングの移動方向や移動量を検出する位置情報検出部を設
けた回転軸と、前記位置情報検出部の検出値をその検出
値に応じた信号に変換する位置情報変換手段を具備し、
前記回転軸を支持する少なくとも２個の軸受を保持する
軸受保持部と、前記位置情報検出部内に配置された少な
くとも２個の受光素子を保持する受光素子保持部を一体
的に形成したものである。

作用 したがって、本発明によれば、前記少なくとも２個の軸
受を保持する軸受保持部と前記少なくとも２個の受光素
子を保持する受光素子保持部を、前記位置情報検出部に
同一部材で設けることにより、前記軸受間の中心線に対
する相対位置ズレを小さく、また前記回転軸の回転中心
に対する前記受光素子の位置ズレを小さくすることがで
きる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図のａは本発明の位置情報検出部の一実施例の斜
視図、ｂは上記ａのＣ方向矢視図、Ｃは上記ａのＣ方向
矢視図、第２図は本発明の位置情報検出部を設けた位置
情報入力装置の一使用例の斜視図、第３図は同装置の一
部切断側面図、第４図はその一部切断平面図である。こ
れらの図面において、２６は位置！７ｑ報入力装置、２
７は前記位置情報入力装置２６を移動自在に載置可能に
した平板状の操作板である。なお、これは必ずしも板状
である必要は矛い。ここで、前記位置情報入力装置２６
は、把持可能な上部・・ウジング２８＆と下部ハウジン
グ２８ｂよりなるハウジング２８と前記ハウジング２８
を前記操作板２７上で所定間隙あけて移動可能に支承し
前記位置情報入力装置２６の操作性と安定性を得るだめ
の前記下部ハウジング２８ｂの下面部に転動自在に配置
されたスチールボールや樹脂ボールなどのボール２９２
Ｌ。

２９ｂ、２９０，２９ｄと、下部が前記下部ハウジング
２８ｂに設けられだ円穴３ｏから下方へ突出して前記操
作板２７の面上に接するように前記下部ハウジング２８
ｂに設置された、ケース３１内に転動可能に配置された
球体３２と前記球体３２の回転量を検出し位置情報検出
部３３ａ　、３３ｂ内の位置情報を検出する、位置情報
検出機構部３４２Ｌ。

３４ｂに伝達するだめの検出軸３５ａ、３６ｂと、前記
球体３２と前記検出軸３ｓａ　、　３ｓｂとを圧接する
弾性付勢手段３６を設けている。すなわち前記球体３２
の回転を前記検出軸３５ａ　、３５ｂに与え、前記検出
軸３６ａ、３５ｂｊて圧入されている回転軸３７＆　、
３７ｂＶＣより前記位置情報検出機構部３４ａ　、３４
ｂに伝達するものである。

ここで前記球体３２は金属ボールや金属ボールにシリコ
ンゴム、ウレタンゴムナトｆｃオーバーコートした球体
などが考えられる。

次に前記位置情報検出部３３ａ、３３ｂの構成について
説明する。

前記検出軸３５２Ｌ　、３５ｂの回転情報を伝達する前
記回転軸３７１Ｌ　、３７ｂは一端を、前記位置情報検
出部３３２Ｌ　、３３ｂを一体的に構成するホルダー４
０内の前記位置情報検出機構部３４２Ｌ　。

３４ｂ側に設けられた軸受保持部４９に保持される軸受
３８２Ｌ　、ｓｓｂで支持され、他端を前記ホルダー４
０内の前記軸受保持部４９の反対側に設けられた軸受保
持部５０に保持される軸受３９ａ。

３９ｂで支持されている。又前記軸受保持部４９゜６ｏ
は図示していないが前記軸受３８１Ｌ　、３８ｂ。

３９２Ｌ、３９ｂが容易に脱落しない構造になってイル
。ココテ前記軸受３８２Ｌ　、３８ｂ　、３９ａ　。

３９ｂは樹脂軸受や含油軸受、ボールベアリング等が考
えられる。

前記位置情報検出機構部３４２Ｌ　、３４ｂは、前記ホ
ルダー４０に保持された２個の発光素子で構成された発
光器４１２Ｌ　、　４１　ｂと、前記発光器４１　ａ　
、　４１　ｂに平行でかつ対向するように前記ホルダー
４０に保持された、２個の受光素子で構成された受光器
４２ａ　、４２ｂと、全周にわたり等角度でスリット４
４が設けられ、前記回転軸３７＆　、３７ｂに取り付け
られた回転板４３が前記発光器４１！Ｌ、４１ｂと、前
記受光器４２ａ。

４２ｂの間に平行になるように配置されて構成している
。また前記ホルダー４０には前記発光器４１１Ｌ、４１
ｂを保持する発光素子保持部４８ａに前記発光器４１　
ａ　、　４１　ｂからの発光の直進性をよくする為の前
記回転軸３７Ｌ、３７ｂの回転中心に対して開口角α、
のスリン）４５ａと、前記スリット４６ａと対向するよ
う前記受光器４２２Ｌ　。

４２ｂが保持される受光素子保持部４８ｂに前記受光器
４２ａ　、４２ｂの受光量を安定化する為の前記回転中
心に対して開口角α２のスリン）　４５ｂが一体成形さ
れている。ここで前記ａ１とα２　はα、＝α２　であ
る。前述した前記回転板４３を設置し前記軸受３８２Ｌ
　、３８ｂ、３９ａ、３９ｂで支持された前記回転軸３
７Ｂ−，３７ｂは前記ホルダー４０に前記発光器４１　
＆　、４１　ｂと前記受光器４２ｈ、４２ｂの配置され
た方向に対して直角の方向から挿入される。

さらに図示していないが前記発光器４１２Ｌ　、　４１
　ｂ及び受光器４２＆　、４２ｂの入出力端子にプリン
ト基板４６ヘコネクター類を介して接続されておりプリ
ント基板４６には入出力用コード４７が取り付けられて
いる。

次に前記実施例の動作について説明する。

前記実施例において、位置情報入力装置２６を操作板２
７上に載置して操作移動すると、球体３２もその移動方
向に応じて転動する。この時、前記球体３２は検出軸３
６ａ　、３５ｂへ弾性付勢手段３６によりほぼ水平方向
から圧接されているため、前記検出軸３５ａ　、３５ｂ
に前記球体３２の移動量に応じ回転しこの回転を前記位
置情報検出部により検出し、前記プリント基板４６上の
検出値に応じた信号を発生する回路を通し、前記コード
４７より、コンピューター等へ伝送するものである。こ
こで位置情報検出部の働きについては従来例で詳細に説
明しているため省略する。

以上のように構成された本実施例によれば、前記位置情
報検出部３３２Ｌ　、３３ｂにおいて、前記受光器４２
２Ｌ　、　４２ｂを保持する前記受光素子保持部４８ｂ
内に前記スリブ）　４ｒｓｂを有するホルダー４０に前
記回転軸３７２Ｌ　、３７ｂの一端を支持する為の前記
軸受３Ｂ＆　、３８ｂを保持する前記軸受保持部４９と
、前記回転軸３７Ｌ　、３７ｂの他端を支持する為の前
記軸受３９＋ａ　、３９ｂを保持する前記軸受保持部６
０を一体形成することＫｉ、前記軸受３８２Ｌ、３８ｂ
、３９ａ、３９ｂ間の相対位置ズレを小さくして、前記
回転軸３７＆　。

３了すの回転をスムーズにし、また前記回転軸３７２Ｌ
　、３７ｂの回転中心に対する前記受光器４２ａ　、４
２ｂ間、または前記スリット４ｓｂ間の相対開口角ａの
ズレを小さくし、かつ上記位置情報検出機構部３４ａ、
３４ｂの構成部品の組み立て誤差を小さくすることがで
きるので、従来例に比較して位相差に与える悪影響を極
めて小さくできる利点を有する。

また、他の実施例として第５図に示しているが、前記軸
受３ｓａ、３ｓｂ、３９ａ、３９ｂを取り外し、前記ホ
ルダー４０に一体的に軸受部を設け、直接前記回転軸３
７を支持してもよい。この場合更に、前記位置情報検出
機構部３４の構成部品の組み立て誤差を小さくし、かつ
、前記回転軸３７の回転をスムーズにできる。

この時、ホルダー４０は、含油プラスチックなど耐摩耗
性や摺動性にすぐれた材料で構成することも考えられる
。

発明の効果 本発明は上記実施例より明らかなように以下に示す効果
を有する。

位置情報検出部において、回転軸の少なくとも２点を支
持する為の軸受を保持する軸受保持部を少なくとも２個
の受光素子を保持し前記受光素子の受光量を安定化する
為のスリットを有するホルダーに一体形成したことによ
り、従来の問題であった前記回転軸の回転中心のズレや
構成部品の位置ズレを小さくすることができるものであ
り、また他の実施例で説明したように前記軸受を取り外
し、前記回転軸を直接前記ホルダーに支持させることに
より、更に前記回転中心のズレや構成部品の位置ズレを
小さくでき、かつ前記回転軸の回転をスムーズにでき、
同時に部品点数の削減も図れ、精度が良く、信頼性に優
れた、安価な位置情報入力装置を提供することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明の斜視図、同すは同ａのＣ方向矢視図
、同Ｇは同ａのＤ方向矢視図、第２図は本発明の位置情
報入力装置の斜視図、第３図は本発明の一実施例の要部
切断側面図、第４図は同要部切断平面図、第６図は本発
明の他の実施例の斜視図、第６図は従来の位置情報入力
装置の斜視図、第７図は従来例の要部切断側面図、第８
図は同要部切断平面図、第９図ａ２第１０図鳴及び第９
図す、第１０図すは位置情報検出部の平面図、側面の、
し 図、第１１図は出力波形図である０ ２６・・・・・・位置情報入力装置、２７・・・・・・
操作板、２８・・・・・・ハウジング、２８２Ｌ・・・
・・・上部ノ翫つジング、２８ｂ・・・・・・下部ハウ
ジング、２９＆　、２９ｂ・・・・・・ボール、３０・
・・・・・円穴、３１・・・・・・ケース、３２・・・
・・・球体、３３ｍ、ｓｓｂ・・・・・・位置情報検出
部、３４ａ　、３４ｂ・・・・・・位置情報検出機構部
、３５ａ。 ３６ｂ・・・・・・検出軸、３６・・・・・・弾性付勢
手段、３７ａ。 ３７　ｂ−・・・−・回転軸、３８，３８２Ｌ、３８ｂ
、３９，３９ａ。 ３９ｂ・・・・・・軸受、４０・・・・・・ホルダー、
４１　ａ　、　４１　ｂ・・・・・・発光器、４２ａ　
、４２ｂ・・・・・・受光器、４３・・・・・・回転板
、４４・・・・・・スリット、４６＆　、４５ｂ・・・
・・・スリット、４６・・・・・・プリント基板、４７
・・・・・・コード、４８ａ・・・・・・発光素子保持
部、４８ｂ・・・・・・受光素子保持部、４９　、５０
・・・・・・軸受保持部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名ｔ＝
　　２　　ＶＪ 箒３０ 第４図 第　５［］ 第　６　口 第７図 第　８　図 ’　　　　　　　５Ｑ 、５山　　　２ 第９０ （（ス、ン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　（ｂ）第１０図 （とス・ン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
Ｃ１））＝　１１６ ２ユン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）平面上を移動しうるハウジングと、前記ハウジン
   グの前記平面上での移動に伴なって回転するように前記
   ハウジングに転動可能に設けられた球体と、前記球体の
   回転によって前記ハウジングの移動方向や移動量を検出
   する位置情報検出部を設けた回転軸と、前記位置情報検
   出部の検出値をその検出値に応じた信号に変換する位置
   情報変換手段を具備し、前記回転軸を支持する少なくと
   も２個の軸受を保持する軸受保持部と前記位置情報検出
   部内に配置された少なくとも２個の受光素子を保持する
   受光素子保持部を一体的に形成したことを特徴とする位
   置情報入力装置。
2. （２）軸受を軸受保持部で兼ねたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の位置情報入力装置。