JPH05332790A

JPH05332790A - 光学式位置検出装置

Info

Publication number: JPH05332790A
Application number: JP4135480A
Authority: JP
Inventors: Katsuji Deura; 勝司出浦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-05-28
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1993-12-14

Abstract

(57)【要約】【目的】光学式位置検出装置に関し、特にインクリメ
ンタル方式のエンコーダでスリットの数が簡便に精度よ
く計数できることを目的とする。【構成】発光素子１と、該発光素子１から出射された
光線２が通過する固定スリット３と、該固定スリット３
に近接して移動しながら光線２を断続する可動スリット
４と、該可動スリット４を通過した光線２を検出する受
光素子５を有し、前記固定スリット３または可動スリッ
ト４は、前記光線２が前記受光素子５に焦点を結ぶレン
ズ系６を有するものであるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光学式位置検出装置に係
わり、特にインクリメンタル方式のロータリーエンコー
ダで、簡便に精度よくスリットの数が計数できる光学式
位置検出装置に関する。

【０００２】近年、パーソナルコンピュータの進展と普
及に伴って、情報の入出力にもいろいろな装置が用いら
れるようになっている。その中で入力装置は、仮名や英
数字、記号などを入力するキーボードと、ポインティン
グデバイスに分けられる。

【０００３】ポインティングデバイスは、文書やアイコ
ンを特定したり操作を行うために画面上の位置を指定す
るもので、ライトペン、マウス、タブレット、ジョイス
ティック、トラックボール、タッチパネルなどいろいろ
な装置がそれぞれの特長を活かして用いられている。

【０００４】マウスはポインティングデバイスとして最
もよく用いられている装置の一つである。機械式マウス
は、内蔵しているボールの回転数をエンコーダで読み取
る方式が採られており、光学式マウスはマットに刻まれ
たメッシュの通過数を光学的に読み取る方式が採られて
いる。

【０００５】一般に、マウスによるポインティング（位
置選び）は、それ程の精度が必要ないが、むしろ如何に
簡便な検出機構を用いて安価に構成するかが製造技術の
上から重要な課題となっている。

【０００６】

【従来の技術】従来の機械式のマウスは、内蔵している
ボールの回転をロータリーエンコーダでＸＹ方向に分解
し、それぞれの増分値を検出する仕組みになっている。
このロータリーエンコーダにはインクリメンタル（相対
値）方式とアブソリュート（絶対値）方式があり、検出
にはいろいろなセンサが利用されている。しかし、光を
用いた光学式のロータリーエンコーダが一般的である。

【０００７】アブソリュート方式の光学式ロータリーエ
ンコーダは、ガラスにコード化した精密な明暗パターン
を設け、発光、受光素子で回転角度を読み取る方式であ
り、検出回路も複雑で高価であり、マウスなどのローエ
ンドな装置には向かない。

【０００８】図３は、インクリメンタル方式の光学式ロ
ータリーエンコーダの説明図である。図において、１は
発光素子、２は光線、３は固定スリット、４は可動スリ
ット、５は受光素子、７は支持軸、10はエンコーダであ
る。

【０００９】図において、支持軸７は、例えば、図示し
てないマウスに内蔵されたボールのＸ軸またはＹ軸で、
ボールの回動に連動して回るようになっている。そし
て、支持軸７には可動スリット４が固着されている。

【００１０】可動スリット４は例えばガラスの円板製
で、円周上に細かい明暗パターンからなる細隙4aが穿た
れている。ホトリソグラフィなどによって遮光膜が設け
られて構成される場合もある。また、この可動スリット
４と同一のパターン形状の固定スリット３が近設されて
いる。

【００１１】発光素子１はＬＥＤなどで、受光素子５は
フォトトランジスタなどである。そして、発光素子１か
ら出た光線２は、固定スリット３を通ったあと、可動ス
リット４を通って受光素子５に入る。

【００１２】このような構成になる回転式のエンコーダ
10は、可動スリット４が回ると細隙4aが順次固定スリッ
ト３の前を通過するので光線２が断続され、受光素子５
にはパルス状の光線２が入力してパルス状の出力が得ら
れる。この出力パルスを計数すれば、可動スリット４の
相対的な回転角度が分かる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このようにインクリメ
ンタル方式の光学式のエンコーダ10は、構造が簡易で小
形に構成できるので、マウスのような小形の入力装置に
組み込むのによく馴染むエンコーダである。

【００１４】ところが、図３（Ｂ）に示したように、発
光素子１から出射した光線２は固定スリット３を通り可
動スリット４を通る間に散乱して受光素子５に入射する
際には、本来なら一点破線で示したようなパルス状に断
続して欲しい光量が、実線で示したような裾広がりのブ
ロードな光量になってしまう。

【００１５】その結果、受光素子５でパルス状の出力が
得られ難くなって回転角度の計数に過誤が生じることが
間々起こる。こうした傾向は、発光素子１の発光強度や
受光素子５の感度にばらつきがあるとますます助長され
るので、素子を一個ずつ調整する煩雑さがあったり、あ
るいはコンパレータなどを付加して信号を処理する必要
があり、簡便で小形であるインクリメンタル方式のエン
コーダの特長を阻害してしまう問題があった。

【００１６】そこで本発明は、固定スリットまたは可動
スリットにレンズ系を設け、通過した光線が受光素子に
焦点を結ぶようになした光学式位置検出装置を提供する
ことを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上で述べた課題は、発光
素子と、該発光素子から出射された光線が通過する固定
スリットと、該固定スリットに近接して移動しながら光
線を断続する可動スリットと、該可動スリットを通過し
た光線を検出する受光素子を有し、前記固定スリットま
たは可動スリットは、前記光線が前記受光素子に焦点を
結ぶレンズ系を有するものであるように構成された光学
式位置検出装置によって解決される。

【００１８】

【作用】本発明においては、光学式のロータリーエンコ
ーダの固定スリットまたは可動スリットにレンズ系を組
み込んで、その焦点が受光素子に結ぶようにしている。
そして、隣接するスリットからの散乱光で受光素子に入
力するパルス光の立ち上がりや立ち下がりが鈍ることを
防ぐようにしている。

【００１９】こうすると、厄介な機構や回路を用いなく
ても、精度よくスリットの数を計数することができ、特
にマウスなどのローエンドな入力装置に用いられるロー
タリーエンコーダの低価格化が実現する。

【００２０】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例の説明図で、図
１（Ａ）は一部切欠き斜視図、図１（Ｂ）は主要部の拡
大断面図、図２は本発明の第二の実施例の説明図で、図
２（Ａ）は主要部の一部切欠き斜視図、図２（Ｂ）は透
光状態の主要部の拡大断面図、図２（Ｃ）は遮光状態の
主要の拡大断面図である。図において、１は発光素子、
２は光線、2aは光軸、３は固定スリット、3aは細隙、４
は可動スリット、4aは細隙、５は受光素子、６はレンズ
系、７は支持軸、10はエンコーダである。

【００２１】実施例：１図１において、エンコーダ10は、対向する発光素子１と
受光素子５の間に固定スリット３と可動スリット４が配
設された構成になっている。固定スリット３は不透明な
板に細隙3aが穿たれたもので、この細隙3aにはレンズ系
６が組み込まれている。このレンズ系６は、細隙3aが長
細いのでかまぼこ形レンズになっており、このレンズ系
６を通った光線２は、可動スリット４を介して受光素子
５に焦点が結ぶようになっている。

【００２２】発光素子１から出射された光線２は、固定
スリット３によって周りを遮光されて細隙3aを透孔し、
スリット状の光線に整形されて回動する可動スリット４
へ導光される。

【００２３】可動スリット４は、図示してない駆動源の
回動に連動して支持軸７を通じて回動する円板で周りに
細隙4aが並設されている。こゝでは、不透明な板材に細
隙4aが穿たれた構成を例示しているが、透明なガラスや
プラスチックにホトリソグラフィを用いて遮光膜と細隙
を設けた構成でもよい。

【００２４】発光素子１から出射された光線２は、図１
（Ｂ）に示したように固定スリット３のレンズ系６によ
って受光素子５に焦点を結ぶようになっており、光線２
は可動スリット４の細隙4aを出たあと散乱しない。従っ
て、可動スリット４が回動した際、隣接する細隙4aから
散乱した光線２を拾って、受光素子５のバックグランド
が上昇し、図３（Ｂ）に示したような鈍った出力になっ
てしまうことを防ぐことができ、精度よく細隙4aの移動
する数を計数することができる。

【００２５】実施例：２図２において、エンコーダ10は、対向する発光素子１と
受光素子５の間に固定スリット３と可動スリット４が配
設された構成になっている。そして、固定スリット３
は、こゝでは不透明な板に細隙3aが穿たれた構成になっ
ているが、透明なガラスやプラスチックにホトリソグラ
フィを用いて遮光膜と細隙を設けた構成でもよい。

【００２６】可動スリット４は、回動する円板で周りに
細隙4aが並設されているが、こゝではその細隙4aがレン
ズ系６になっている。つまり、スリット幅のピッチに見
合ったかまぼこ形レンズが密に並設されている。このか
まぼこ形レンズは、例えばアクリル樹脂のような透明な
プラスチックを一体にモールド成形して作ることができ
る。そして、このかまぼこ形レンズによって、固定スリ
ット３から導光された光線２が受光素子５で焦点が結ぶ
ようになっている。

【００２７】従って、可動スリット４が光線２を透光し
ている状態では、図２（Ｂ）に示したように可動スリッ
ト４から出射した光線２が受光素子５に焦点を結ぶ。ま
た、光線２を遮光している状態は、レンズ系６のかまぼ
こ形レンズの境界が光軸2aに位置したときで、図２
（Ｃ）に示したように光線２が受光素子５を避けた位置
に焦点が結んで受光素子５に入射しない。

【００２８】こうして、可動スリット４のスリット幅が
密な場合にも、隣接する細隙4aの散乱光を避けることが
できるので、受光素子５によって受光される光線２はパ
ルス光となり、精度よく細隙4aの移動する数を計数する
ことができる。

【００２９】こゝでは、可動スリットに設けるレンズ系
にかまぼこ形レンズを用い、密に並設した構成を例示し
たが、円板の分周数が少なく細隙の数が少ないときに
は、隣接するレンズ系の間に遮光された隙間があっても
よい。また、固定スリットや可動スリットの細隙が正方
形の場合には、レンズ系にかまぼこ形レンズでなく通常
の円形のレンズを用いてもよい。

【００３０】

【発明の効果】例えばマウスのような入力装置の場合に
は、如何に構造が簡便で安価であるかが重要な課題とな
っているが、本発明によれば、機械式マウスで用いられ
る光学式ロータリーエンコーダを、厄介な機構を加えた
り複雑な回路構成を用いずに精度よく位置決めすること
ができる。その結果、特にマウスやトラックボールのよ
うな回転ボールを用いたローエンドな入力装置のより一
層の低価格化を実現することに対して、本発明は寄与す
るところが大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の説明図で、（Ａ）は
一部切欠き斜視図、（Ｂ）は主要部の拡大断面図であ
る。

【図２】本発明の第二の実施例の説明図で、（Ａ）は
主要部の一部切欠き斜視図、（Ｂ）は透光状態の主要部
の拡大断面図、（Ｃ）は遮光状態の主要の拡大断面図で
ある。

【図３】インクリメンタル方式の光学式ロータリーエ
ンコーダの説明図である。

【符号の説明】

１発光素子２光線 2a 光軸３固定スリット 3a 細隙４可動スリット 4a 細隙５受光素子６レンズ系７支持軸 10 エンコーダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子(1) と、該発光素子(1) から出
射された光線(2) が通過する固定スリット(3) と、該固
定スリット(3) に近接して移動しながら光線(2) を断続
する可動スリット(4) と、該可動スリット(4) を通過し
た光線(2) を検出する受光素子(5) を有し、前記固定スリット(3) または可動スリット(4) は、前記
光線(2) が前記受光素子(5) に焦点を結ぶレンズ系(6)
を有するものであることを特徴とする光学式位置検出装
置。
【請求項２】前記固定スリット(3) のレンズ系(6)
が、不透明な平板に前記可動スリット(4) に近似のスリ
ット幅のかまぼこ形レンズである請求項１記載の光学式
位置検出装置。
【請求項３】前記可動スリット(4) のレンズ系(6)
は、透明な平板に前記固定スリット(3) の近似のスリッ
ト幅のかまぼこ形レンズである請求項１記載の光学式位
置検出装置。
【請求項４】前記可動スリット(4) は、レンズ系(6)
とともに透明な樹脂の一体モールド成形によってなる請
求項３記載の光学式位置検出装置。