KR100310062B1

KR100310062B1 - 광학식검출장치및그를사용한좌표입력장치

Info

Publication number: KR100310062B1
Application number: KR1019980016467A
Authority: KR
Inventors: 사다까즈 시가
Original assignee: 가타오카 마사타카; 알프스 덴키 가부시키가이샤
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 2001-11-17
Also published as: JP3588228B2; KR19980086874A; TW388830B; JPH10332318A; US6201605B1

Abstract

본 발명은 전원투입에서부터 동작이 안정될 때까지의 시간이 짧고, 또 대기시의 소비전력을 낮게 억제할 수 있는 광학식 검출 장치를 제공하는 것을 과제로하여, 이를 위한 해결수단은, 2 개의 스위치 (sw-Led 와 sw-Ref) 의 제어에 의해 통상 모드, 간헐 모드, 프리차지 모드의 3 가지 동작 모드를 절환한다. 통상 모드에서는 sw-Led 와 sw-Ref 를 모두 온 상태로 하고, 본 회로를 종래 회로와 동일한 동작으로 사용한다. 간헐 모드에서는 대기시의 저소비전력을 실현하기 위해 sw-Led 와 sw-Ref 를 모두 소정 비율로 온/오프시키고, 본 회로를 간헐동작으로 (즉, 발광다이오드 LED 를 소정 비율로 온/오프시켜서) 사용한다. 프리차지 모드에서는 전원투입 직후에 sw-Led 를 온 상태로 함과 동시에 sw-Ref 를 오프 상태로 하여 콘덴서 (C) 를 급속충전한다.

Description

광학식 검출 장치 및 그를 사용한 좌표입력 장치{OPTICAL DETECTOR AND COORDINATE INPUT APARATUS USING SAME}

본 발명은 광학식 검출 장치 (광인코더) 및 그를 사용한 좌표입력 장치에 관한 것이다.

퍼스널 컴퓨터 등의 표시화면상에서 커서 등의 위치를 나타내는 위치좌표 데이터의 입력에 이용되는 좌표입력 장치로서 마우스나 트랙볼 등과 같이 구체 (球體) 를 구비하며, 이 구체의 회전방향 및 회전량에 따라 상기 커서의 표시위치를 변화시키는 것이 있다.

도 4 는 상기 좌표입력 장치 기구부의 구성예를 나타내는 설명도이다.

이 도면에서, 구체 (1) 는 그 중심점을 중심으로 회전가능하게 부착되어 있다. 구체 (1) 의 표면에서 상기 구체 (1) 의 중심점으로부터 90 °의 각 간격을 갖는 반경방향의 2 점에 각각 회전가능한 샤프트 (2X, 2Y) 에 고정된 롤러 (3X, 3Y) 가 압접되어 있다. 또 이 도면에서, 화살표 (X) 방향을 XY 좌표계에서의 ＋X 방향 (그 역방향을 －X 방향) 이라 하고, 화살표 (Y) 방향을 XY 좌표계에서의 ＋Y 방향 (그 역방향을 －Y 방향) 이라 한다. 샤프트 (2X, 2Y) 의 단부에는 원판상의 초퍼 (4X, 4Y) 가 고정되어 있다. 초퍼 (4X, 4Y) 의 바깥 둘레 전체에는 동일 크기의 슬릿이 등간격으로 복수 개 형성되어 있다.

초퍼 (4X) 에 대해 포토인터럽터 (5X) 가, 초퍼 (4Y) 에 대해 포토인터럽터(5Y) 가 각각 설치되어 있다. 포토인터럽터 (5X, 5Y) 는 발광소자 (도시 생략) 와 수광소자 (도시 생략) 을 구비하고 있다. 발광소자와 수광소자 간에 초퍼 (4X, 4Y) 의 바깥둘레부가 들어오도록 포토인터럽터 (5X, 5Y) 는 초퍼 (4X, 4Y) 에 대해 배치되어 있다. 초퍼 (4X) 와 포토인터럽터 (5X) 로 광인코더부 (6X) 가 구성되고 초퍼 (4Y) 와 포토인터럽터 (5Y) 로 광인코더부 (6Y) 가 구성된다.

이러한 구성에서 구체 (1) 가 회전하면 롤러 (3X, 3Y) 에 의해 샤프트 (2X, 2Y) 가 회전하고, 그와 함께 초퍼 (4X, 4Y) 가 회전한다. 한편 포토인터럽터 (5X, 5Y) 에는 전원전압 (V) 이 인가되어 있고 그 발광소자는 항상 발광하고 있다. 따라서 초퍼 (4X, 4Y) 가 회전하면 그 둘레에 설치된 슬릿과 슬릿 간의 블레이드부가, 순서대로 대응하는 포토인터럽터 (5X, 5Y) 의 발광소자와 수광소자간을 통과한다. 그럼으로써 발광소자로부터 수광소자로의 입력광이 초핑되어 수광소자의 출력신호 (XA ∼ YB) 의 레벨이 펄스상태로 변화한다.

도 5 는 상기 좌표입력 장치의 광인코더부의 구성예를 나타내는 회로도이다.

여기에서는 포토인터럽터 (5X) 가 구비하는 상기 발광소자를 일례로 발광다이오드 (LED) 로 하고 상기 수광소자를 일례로 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 로 한다.

초퍼 (4X, 4Y) 의 회전에 따라 발광다이오드 (LED) 의 출력광은 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 에 대해 통과/차단된다. 발광다이오드 (LED) 의 출력광이 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 에 도달하면, 상기 포토트랜지스터는 온 상태가 된다. 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 가 온 상태가 되면 상기 포토트랜지스터를 통해 소정 전위의 신호가 슈미트 트리거 게이트 (Schmitt Trigger Gate; 42) 에 입력된다. 슈미트 트리거 게이트 (42) 는 상기 입력신호로부터 노이즈를 제거하고 출력한다.

이렇게 하여 생성된 출력신호 (XA ∼ YB) 중 출력신호 (XA 및 XB) 는 구체 (1) 의 회전 X 축 성분을 검출하기 위한 것이며, 출력신호 (YA 및 YB) 는 구체 (1) 의 회전 Y 축 성분을 검출하기 위한 것이다.

여기에서 출력신호 (XA) 와 출력신호 (XB) 란 초퍼 (4X; 즉, 구체 (1)) 의 회전방향에 따라 펄스의 상승 위치관계가 다르다. 즉, 구체 (1) 가 ＋X 방향으로 회전한 경우에는 출력신호 (XA) 가 출력신호 (XB) 보다 앞서 상승하고, 구체 (1) 가 －X방향으로 회전한 경우에는 출력신호 (XB) 가 출력신호 (XA) 보다 앞서 상승한다. 그럼으로써 출력신호 (XA) 와 출력신호 (XB) 의 위상관계에 기초하여 초퍼 (4X) 의 회전방향을 검출할 수 있다.

이것은, 출력신호 (YA) 와 출력신호 (YB) 의 위상관계도 동일하다.

그런데 도 5 에서 포토트랜지스터의 수광감도는 각각의 포토트랜지스터마다 다르기 (즉 편차가 있다) 때문에, 장치 조립시에 상기 수광감도의 편차를 저항 (R XA ∼ R YB) 의 저항치로 조정할 필요가 있다는 과제가 있었다.

또 도 5 에 나타내는 회로에는 동작전압범위가 한정된다 (또는 고정된다) 는 과제도 있었다.

도 6 은 이러한 과제를 해결하는 종래의 광인코더부의 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 도면에서, 출력신호 (XA ∼ YB) 의 의미는 도 5 에 나타내는 것과 동일하다.

이 도면에서도 도 5 에 나타내는 회로와 동일하게 초퍼 (4X, 4Y) 의 회전에따라 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 는 온/오프 하고 그 에미터전위가 변화한다.

콤퍼레이터 (51) 는 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 에미터전위와 소정 기준전위를 비교하여 그 비교결과를 출력신호 (XA ∼ YB) 로서 출력한다.

콘덴서 (C) 는 상기 기준전위를 생성·유지하기 위해 전원투입시에 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 에미터전류에 의해 충전된다.

도 6 에 나타내는 회로에서는 콤퍼레이터 (51) 에서 비교되는 2 개의 전위가 모두 공통의 전위 (포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 에미터전위) 로부터 생성된다. 그 때문에 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 수광감도의 편차는 콤퍼레이터 (51) 에서 비교되는 2 개의 전위에 동등한 영향을 미치므로 상기 변화는 2 개의 전위 비교시에 상쇄된다. 따라서 도 6 에 나타내는 회로에서는 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 수광감도의 편차를 조정할 필요는 없다.

동일하게, 도 6 에 나타내는 회로에서는 콤퍼레이터 (51) 에서 비교되는 2 개의 전위가 모두 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 에 접속된 공통의 전원으로부터 생성된다. 그 때문에 전원전압의 변화는 콤퍼레이터 (51) 에서 비교된 2 개의 전위에 동등하게 영향을 미치므로 상기 변화는 2 개의 전위 비교시에 상쇄된다. 따라서 도 6 에 나타내는 회로에서는 전원의 동작전압 범위를 넓게 취할 수 있다.

그러나 도 6 에 나타내는 회로에서는 전원투입 후에 콘덴서 (C) 의 충전을 필요로 하므로, 전원투입으로부터 동작이 안정되기까지 많은 시간 (일례로 5 초간 정도) 이 필요해 진다는 과제가 있었다.

또 도 5 및 도 6 에 나타내는 회로에 대해서 정지상태에 있는 마우스를 이동시키는 경우를 생각하면, 마우스가 움직이고 나서 전원을 온으로 한 것으로는 상기 이동에 따른 이동거리의 검출시간에 맞지 않는다. 따라서 이들 종래의 회로에서는 정지상태에서도 초퍼 (4X, 4Y) 의 회전을 감시하기 위해 발광 다이오드 (LED) 를 항시 발광시켜 두어야한다. 이 때문에 발광 다이오드 (LED) 에 의한 소비전력을 저감할 수 없다는 과제가 있었다. 이 전력소비는 전지구동인 경우에 특히 큰 문제였다.

본 발명은 이와같은 배경하에서 이루어진 것으로, 도 6 에 나타낸 바와 같은 광학식 검출 장치 (광 인코더부) 에서 전원투입에서부터 동작이 안정될 때까지의 시간을 짧게, 또 정지시의 소비전력을 낮게 억제하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

본 발명은 빛을 출력하는 발광수단과, 소정 검출대상의 검출량에 따른 회수만큼 상기 발광수단이 출력된 빛의 차단/통과를 반복하는 차단/통과수단과, 상기 차단/통과수단을 통과한 빛을 받으면 소정 전위의 신호를 출력하는 수광수단과, 충전으로 소정 기준전위를 생성하는 기준전위 생성수단과, 상기 수광수단의 출력전위와 상기 기준전위를 비교하는 비교수단과, 상기 비교수단의 비교결과에 기초하여 상기 검출량을 구하는 연산수단과, 본 장치의 전원투입시에 상기 기준전위 생성수단에 통상보다도 높은 전압을 인가함으로써 상기 기준전위 생성수단을 급속히 충전하는 충전제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 전원투입시에 충전 제어수단이 기준전위 생성수단에 통상보다도 높은 전압을 인가하고 상기 기준전위 생성수단을 급속하게 충전하기 때문에 전원투입에서부터 동작이 안정될 때까지의 시간이 짧다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 의한 광학식 검출 장치 (광인코더부) 의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 회로도 중의 출력신호 (XA) 에 관한 회로도이다.

도 3 은 도 2 에 나타내는 회로의 동작예를 나타내는 타이밍 차트이다.

도 4 는 좌표입력 장치 기구부의 구성예를 나타내는 설명도이다.

도 5 는 종래의 광학식 검출 장치 (광인코더부) 의 구성예를 나타내는 회로도이다.

도 6 은 종래의 광학식 검출 장치 (광인코더부) 의 다른 구성예를 나타내는 회로도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 구체 2X, 2Y : 샤프트

3X, 3Y : 롤러 4X, 4Y : 초퍼

5X, 5Y : 포토인터럽터 6X, 6Y : 광인코더부

51 : 콤퍼레이터 LED : 발광다이오드

Ph-Tr : 포토트랜지스터 sw-Led, sw-Ref : 스위치

C : 콘덴서

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

도 1 은 본 발명의 일실시형태에 의한 광학식 검출 장치 (광인코더부) 의 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 도에서, 도 5 및 도 6 의 각 부에 대응하는 부분에는 동일 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.

이 도에 나타내는 회로에서는, 두 개의 스위치 (sw-Led 와 sw-Ref) 가 새로 설치되어 있다.

본 회로는 (1) 통상 모드, (2) 간헐 모드, (3) 프리차지 모드의 세 가지 동작 모드를 갖는다.

각 모드의 선택은 CPU 등의 제어부 (도시 생략) 에서 행해진다.

이하, 각 모드에 대해 설명한다.

(1) 통상 모드

통상 모드는 본 회로 (도 1 참조) 를 종래 회로 (도 6 참조) 와 동일한 동작으로 사용하는 모드이다. 통상 모드에서는 제어부는 sw-Led 와 sw-Ref 를 모두 온 상태로 한다.

(2) 간헐 모드

간헐 모드는 저소비전력을 실현하기 위해 본 회로를 간헐 동작으로 (즉, 발광다이오드 (LED) 를 소정 비율로 온/오프시켜서) 사용하는 모드이다. 간헐 모드에서는 제어부는 sw-Led 와 sw-Ref 를 모두 소정 비율로 온/오프시킨다.

(3) 프리차지 모드

프리차지 모드는 전원투입 후에 콘덴서 (C) 를 급속충전하는 모드이다. 프리차지 모드에서는 제어부는 sw-Led 를 온 상태로, sw-Ref 를 오프 상태로 한다.

다음에, 상기 구성에 의한 광학식 검출 장치의 동작을 설명한다.

또 설명을 간단히 하기 위해, 이하에서는 도 1 에 나타내는 회로도로부터 하나의 출력신호 (여기에서는 일례로 출력신호 (XA) 를 예로 한다) 에 관한 회로만을 들어 그 동작을 설명한다.

도 2 는 도 1 에 나타내는 회로도 중의 출력신호 (XA) 에 관한 회로도이다. 또 도 3 은 도 2 에 나타내는 회로의 동작예를 나타내는 타이밍 차트이다.

먼저 사용자가 소정 스위치 (도시 생략) 를 조작하여 전원을 투입하면, 제어부는 본 회로를 프리차지 모드로 이행시킨다.

도 3 (a) 에 나타내는 바와 같이, 프리차지 모드에서는 제어부는 일례로 0.1 초간 sw-Led 를 온 상태로, sw-Ref 를 오프 상태로 한다. 그럼으로써 저항 (Rsw) 에 의한 전압강하가 생기지 않으므로, 전위 (VS) 는 통상 모드시의 전위 (일례로 2.5 V 로 한다) 보다도 높은 전위 (일례로 5.0 V 로 한다) 가 된다. 그럼으로써 전위 (VC) 도 통상 모드시의 전위보다도 높아져 콘덴서 (C) 는 강제적으로 급속충전된다.

프리차지 모드로 이행한 후 0.1 초가 경과되면 제어부는 본 회로를 통상 모드로 이행시킨다.

통상 모드에서는 제어부는 sw-Led 와 sw-Ref 를 모두 온 상태로 한다. 그럼으로써 본 회로는 종래 회로 (도 6 참조) 와 동일한 동작을 행한다. 통상 모드에서는 초퍼 (4X) 의 회전 (에 의해 생기는 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 온/오프) 에 따라 전위 (VS) 는 0.5 ∼ 1.0 V 의 범위를 변동한다 (도 3 (a) 참조). 그럼으로써 전위 (VC) 도 변동한다.

한편, 통상 모드에서는 제어부는 초퍼 (4X) 의 회전 (에 의해 생기는 콤퍼레이터 (51) 의 출력신호의 변화) 을 감시한다. 상기 감시에서 초퍼 (4X) 의 회전이 소정 시간 (일례로 10 초간으로 한다) 검출되지 않는 경우에는 제어부는 본 회로를 간헐 모드로 이행시킨다.

간헐 모드에서는 제어부는 sw-Led 와 sw-Ref 을 소정 비율로 온/오프 시킨다. 본 실시형태에서는 일례로 이 비율을 온 : 오프 = 1 : 100 으로 한다.

즉, 본 실시형태에서는 도 3 (a) 에 나타내는 바와 같이 간헐 모드의 1 주기를 20 msec (=20000μsec) 로 하고, 그 중 온 기간을 0.2 msec (=200μsec) 로 하며, 오프 기간을 19.8 msec (=19800μsec) 로 한다. 그럼으로써 본 회로의 소비전력은 통상 모드시의 1/100 으로 저감된다.

또 도 3 (a) 에 나타내는 바와 같이, 제어부는 sw-Led 와 sw-Ref 를 동시에 온/오프시키는 것이 아니라 포토트랜지스터 (Ph-Tr) 의 동작지연을 고려하여 sw-Ref 의 온/오프 동작을 sw-Led 의 온/오프 동작에 대해 30 ∼ 50 μsec 늦춘다.

또 간헐 모드의 오프 기간 (19.8 msec) 에는 콘덴서 (C) 의 자기방전 등에 의해 전위 (VC) 가 변동한다.

이에 대해, 본 회로에서는 전위 (VC) 가 변동하면 콤퍼레이터 (51) 의 출력신호 (XA) 에 의해 상기 변동과는 역방향인 피드백이 저항 (Rfb) 을 통해 콘덴서 (C) 에 걸려 전위 (VC) 의 변동을 보정한다.

또, 그 보정만으로는 상기 보정의 보정오차가 적층됨으로써 전위 (VC) 가 (프리차지 모드시의) 충전치에서부터 서서히 차이가 커질 가능성이 있다. 그러나 본 회로에서는 20 msec 마다 온 기간이 되고 sw-Led 와 sw-Ref 를 온 상태로 함으로써 전위 (VC) 를 상기 충전치로 수정한다. 그럼으로써 도 3 (b) 에 나타내는 바와 같이 출력신호 (XA) 의 값은 20 msec 마다 수정된다 (단 출력신호 (XA) 의 값이 맞는 값인 경우에는 상기 값은 변화하지 않는다).

한편, 간헐 모드에서도 각 주기마다의 온 기간에서 제어부는 초퍼 (4X) 의 회전 (에 의해 생기는 콤퍼레이터 (51) 의 출력신호의 변화) 을 감시한다.

여기에서 초퍼 (4X) 의 회전이 검출된 경우에는 제어부는 본 회로를 통상 모드로 이행시킨다. 한편, 초퍼 (4X) 의 회전이 여전히 검출되지 않는 경우에는 제어부는 간헐 모드를 계속한다.

또 간헐 모드의 소정수의 주기에 걸쳐 초퍼 (4X) 의 회전이 검출되지 않는 경우에는 제어부는 본 회로의 전원을 자동적으로 단절한다.

이상으로 상기 구성에 의한 광학식 검출 장치의 동작 설명을 종료한다.

이상, 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 상술하였는데, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전원투입시에 급속충전이 행해지므로 전원투입으로부터 동작이 안정될 때까지의 시간이 짧다.

또 본 발명에 의하면 대기시의 소비전력을 낮게 억제할 수 있다.

Claims

빛을 출력하는 발광수단과,

소정 검출대상의 검출량에 따른 회수만큼 상기 발광수단이 출력한 빛의 차단/통과를 반복하는 차단/통과수단과,

상기 차단/통과수단을 통과한 빛을 수광하면 소정 전위의 신호를 출력하는 수광수단과,

충전으로 소정 기준전위를 생성하는 기준전위 생성수단과,

상기 수광수단의 출력전위와 상기 기준전위를 비교하는 비교수단과,

상기 비교수단의 비교결과에 기초하여 상기 검출량을 구하는 연산수단과,

본 장치의 전원투입시에 상기 기준전위 생성수단에 통상보다도 높은 전압을 인가함으로써 상기 기준전위 생성수단을 급속히 충전하는 충전 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학식 검출 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 기준전위 생성수단은 그 일단이 충전용 전위에 접속됨으로써 충전되고,

상기 충전 제어수단은

소정의 저항치를 통해 상기 충전용 전위와 접지 간의 접속/단절을 절환하는 충전 절환수단과,

상기 충전절환 수단을 이용하여 본 장치의 전원투입시부터 소정 시간만큼 상기 충전용 전위와 상기 접지 간을 단절하는 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 검출 장치.
소정 검출대상이 소정 좌표축 상의 이동량인 것을 특징으로 하는 제 1 항에 기재된 광학식 검출 장치를 사용한 좌표입력 장치.
소정 전원으로부터 전력공급에 의해 빛을 출력하는 발광수단과,

소정 검출대상의 검출량에 따른 회수만큼 상기 발광수단이 출력한 빛의 차단/통과를 반복하는 차단/통과수단과,

상기 차단/통과수단을 통과한 빛을 수광하면 소정 전위의 신호를 출력하는 수광수단과,

충전에 의해 소정 기준전위를 생성하는 기준전위 생성수단과,

상기 수광수단의 출력전위와 상기 기준전위를 비교하는 비교수단과,

상기 비교수단의 비교결과에 기초하여 상기 검출량을 구하는 연산수단과,

본 장치의 전원투입시에 상기 기준전위 생성수단에 통상보다도 높은 전압을 인가함으로써 상기 기준전위 생성수단을 급속히 충전하고, 상기 차단/통과수단에서 차단으로부터 통과로의 상태변화, 또는 통과로부터 차단으로의 상태변화가 소정 시간 생기지 않는 경우에는 상기 발광수단으로의 전력공급을 소정 비율에 의한 전력공급/정지로 절환하는 충전/전력제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 광학식 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 충전/전력제어 수단에 의한 전력공급/정지의 비율은 1 : 100 인 것을 특징으로 하는 광학식 검출 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 기준전위 생성수단은 그 일단이 충전용 전위에 접속됨으로써 충전되고,

상기 충전/전력 제어수단은

소정의 저항치를 통해 상기 충전용 전위와 접지 간의 접속/단절을 절환하는 충전 절환수단과,

상기 발광수단과 상기 전원 간의 접속/단절을 절환하는 전력절환 수단과,

상기 충전 절환수단을 이용하여 본 장치의 전원투입시부터 소정 시간만큼 상기 충전용 전위와 상기 접지 간을 단절하고, 상기 전력 절환수단을 이용하여 상기 소정 비율로 상기 발광수단과 상기 전원 간을 접속/단절하고, 상기 충전 절환수단을 접속상태로 할 때 상기 전력 절환수단을 접속상태로 함으로써 상기 기준전위 생성수단의 기준전위를 수정하는 제어수단으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광학식 검출 장치.
소정 검출대상이 소정 좌표축 상의 이동량인 것을 특징으로 하는 제 4 항에 기재된 광학식 검출 장치를 사용한 좌표입력장치.