JPH10213405A - 球体センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外部から加わる任意のフリーな動きを検知す
る誘導型の新規な球体センサの提供。 【解決手段】 曲面形状の下面を少なくとも有する非磁
性体からなるケース１と、該ケース１内において重力に
従って移動自在に収納された磁気応答部材３と、前記ケ
ース１の少なくとも前記下面において所定の配置で設置
され、前記磁気応答部材３の相対的位置に応答した誘導
出力信号を生じるコイル部２とを備え、前記ケース１に
外部より加えられる動きに応じて該ケース１を転動又は
揺動又は傾斜させ、このケース１の動きに応じて前記磁
気応答部材３が該ケース内で相対的に変位し、この変位
に応じて前記コイル部２に生じる誘導出力信号が変化
し、前記外部より加えられる動きに応じた前記ケースの
変位を検知する誘導出力信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、完全な球体又は半
球体若しくは部分球体あるいはその他の曲面形状の外形
を有し、外部から加えられた運動を転がり運動又は揺れ
運動に転換して、又は傾きとして受け、該外部から加え
られた運動の検知を行うようにした、新規な球体センサ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来知られた位置センサは、直線位置を
検出するリニアセンサ、回転位置を検出する回転センサ
などである。検出方式としては、電磁誘導式や光学式な
どいくつかの方式があるが、光学式には検出分解能に限
度がある。例えば、パーソナルコンピュータのカーソル
指示装置としてマウスが知られているが、従来のマウス
は、全方向回転子の回転運動をＸ軸とＹ軸の成分に分離
し、Ｘ軸とＹ軸に夫々光学式のインクリメンタルパルス
エンコーダを取付けて構成されている。しかし、光学式
のインクリメンタルパルスエンコーダの検出分解能には
限度があるため、移動距離に対する発生パルス数を多く
とることができず、長い距離のカーソル移動操作が面倒
であった。これに対して、電磁誘導式のセンサにおいて
は、位相差カウント等の回路処理を用いることにより、
電気処理的に検出分解能を精密にすることができる。し
かし、従来の誘導式回転センサにおいては、装置の小型
化が不十分であったため、これをＸ，Ｙの２軸設けて装
置を構成するとなると、大型となってしまい、とても、
マウスのようなコンパクトな指示装置を構成することが
できなかった。

【０００３】ところで、従来知られた誘導型位置検出装
置には、直線位置検出装置としては差動トランスがあ
り、回転位置検出装置としてはレゾルバがある。差動ト
ランスは、１つの１次巻線を１相で励磁し、差動接続さ
れた２つの２次巻線の各配置位置において検出対象位置
に連動する鉄心コアの直線位置に応じて差動的に変化す
るリラクタンスを生ぜしめ、その結果として得られる１
相の誘導出力交流信号の電圧振幅レベルが鉄心コアの直
線位置を示すようにしたものである。レゾルバは、複数
の１次巻線を１相で励磁し、サイン相取り出し用の２次
巻線からサイン相の振幅関数特性を示す出力交流信号を
取り出し、コサイン相取り出し用の２次巻線からコサイ
ン相の振幅関数特性を示す出力交流信号を取り出すよう
にしたものである。この２相のレゾルバ出力は公知のＲ
／Ｄコンバータといわれる変換回路を用いて処理し、検
出した回転位置に対応する位相値をディジタル的に測定
することができる。また、サイン相とコサイン相のよう
な複数相の交流信号によって複数の１次巻線を夫々励磁
し、検出対象直線位置又は回転位置に応じて該交流信号
を電気的に位相シフトした出力交流信号を出力し、この
出力交流信号の電気的位相シフト量を測定することによ
り、検出対象直線位置又は回転位置をディジタル的に測
定する技術も知られている（例えば、特開昭４９−１０
７７５８号、特開昭５３−１０６０６５号、特開昭５５
−１３８９１号、実公平１−２５２８６号など）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来知られた
誘導型位置検出装置は、すべて、所定のガイド又は軸に
沿う直線位置または回転位置を測定するものであり、外
部から加わる任意のフリーな動きを検知することはでき
なかった。一般に、誘導型位置検出装置は、構造的に非
接触であり、また、コイルと鉄片等の簡単な構成によ
り、簡便かつ安価に製造することができるので、これ
を、外部から加わる任意のフリーな動きを検知する装置
として構成することができれば、広い応用・用途が見込
まれる。例えば、１つの操作子のＸ−Ｙ方向の２軸的動
きを検出する装置として構成することができれば、マウ
スのような既存の２軸操作子に代替し得る簡易な構成の
操作子を提供することができるし、その他従来はなかっ
た応用・用途が考えられる。本発明は上述の点に鑑みて
なされたもので、外部から加わる任意のフリーな動きを
検知し得るようにした、誘導型の新規な球体センサを提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る球体センサ
は、曲面形状の下面を少なくとも有する非磁性体からな
るケースと、該ケース内において重力に従って移動自在
に収納された磁気応答部材と、前記ケースの少なくとも
前記下面において所定の配置で設置され、前記磁気応答
部材の相対的位置に応答した誘導出力信号を生じるコイ
ル部とを備え、前記ケースに外部より加えられる動きに
応じて該ケースを転動又は揺動又は傾斜させ、このケー
スの動きに応じて前記磁気応答部材が該ケース内で相対
的に変位し、この変位に応じて前記コイル部に生じる誘
導出力信号が変化し、前記外部より加えられる動きに応
じた前記ケースの変位を検知することを特徴とするもの
である。

【０００６】少なくともケースの下面が曲面形状を成し
ており、少なくともこの下面においてコイル部が所定の
配置で設置されており、ケースと共に動く。ケースに外
部より加えられる動きに応じて該ケースが転動又は揺動
又は傾斜し、外部から加わる任意のフリーな動きに応答
して前記コイル部配置面が該ケースの動きと共に転動又
は揺動又は傾斜する。このケースの内部には重力に従っ
て移動自在に磁気応答部材が収納されており、該磁気応
答部材は常に重力方向を指向するので、ケースの動きに
応じて該磁気応答部材が、該ケース内で相対的に動き、
該ケース下面に配置されたコイル部に対して相対的に変
位することになる。この磁気応答部材とコイル部との位
置関係の変化に応じてコイル部に生じる誘導出力信号が
変化し、外部より加えられる動きに応じた前記ケースの
変位が検知される。

【０００７】本発明の球体センサに対する外力の与え方
は、使用目的に応じて、任意に設定してよい。例えば、
テーブル等の任意の水平面の上に、この球体センサを、
前記ケースの下面を下にして、置く。この場合、人の手
等によってケースに対して直接外力を加えて、該ケース
を転動又は揺動させる。これによって、人の手による操
作量を検知するための新規な装置として、本発明の球体
センサを利用することができる。あるいは、この球体セ
ンサを振り子状に吊るして、振動検知等の目的で応用す
るようにしてもよい。あるいは、この球体センサを対象
物に固定して設置し、該対象物の傾きに応じて前記ケー
スが傾くことに基づき、傾斜検知の目的で応用するよう
にしてもよい。また、一瞬の振動又は傾斜の振れ幅は、
加速度に対応しているので、車両等に搭載して傾斜計及
び／又は加速度計として応用できる。

【０００８】前記ケースは全体が完全な球体からなって
いてもよいし、あるいは、半球体若しくは部分球体から
なっていてもよい。また、完全な球に限らず、楕円球等
であってもよく、また、部分的に（すなわち少なくとも
下面において）曲面を形成していればよい。前記磁気応
答部材は、固形状の球体からなるものであってよい。あ
るいは、磁性流体からなるものであってもよい。あるい
は、磁性粉体からなるものであってもよい。あるいは、
固体の磁気応答部材と磁性流体又は磁性粉体の両方を含
むものであってもよい。

【０００９】一実施の形態として、前記コイル部は、第
１の方向に沿って配置された複数の極を含んでいて、各
極は１次及び２次コイルによる電磁誘導結合を有してい
る第１の検出コイル部と、前記第１の方向に直交する第
２の方向に沿って配置された複数の極を含んでいて、各
極は１次及び２次コイルによる電磁誘導結合を有してい
る第２の検出コイル部とを具備してなり、前記磁気応答
部材の相対的位置に応じたＸ軸成分位置検出信号とＹ軸
成分位置検出信号とを前記第１及び第２の検出コイル部
から夫々出力するようにするとよい。これにより、ケー
スの転動又は揺動をＸ軸成分とＹ軸成分に分解して検出
することができるので、本発明に係る１つの球体センサ
によって、全方向に関する（ただし垂直方向は除く）外
部から加わる任意のフリーな動きを検知することができ
る。また、このような第１及び第２の検出コイル部を有
する球体センサを使用して、該球体センサから出力され
る前記Ｘ軸成分位置検出信号とＹ軸成分位置検出信号と
に基づきカーソルＸ軸駆動信号とカーソルＹ軸駆動信号
を形成する回路を具備すれば、新規な球体状マウスを提
供することができる。このような球体マウスを使用する
ことにより、テーブル等の任意の平面を持つ場所で、手
軽に手で転がして、カーソル操作を行うことができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照してこの発
明の実施の形態を詳細に説明しよう。図１の（ａ）は本
発明に係る球体センサの一例を示す外観斜視図、（ｂ）
はその内部に収納される磁気応答部材３の一例を示す外
観斜視図、（ｃ）はケース１の下面に配置されるコイル
部２のコイル（極）配置の一例を示す展開図、である。
図１において、ケース１は、外形が完全な球体形状を成
しており、また、その内部空間も完全な球状のスペース
を有しており、プラスチック又はステンレスのような非
磁性体からなる。このケース１内においては、磁気応答
部材３として、（ｂ）に示すような鉄等の磁性体からな
る鋼球３ａが収納されており、該鋼球３ａは、重力に従
ってケース１内で移動自在である。

【００１１】ケース１の外側の下面には１又は複数のコ
イルからなるコイル部２が取り付けられる。コイル部２
の各コイルは、巻き軸方向がケース１の面に直交する方
向であり、かつ、ケース１の転動を妨げないような薄型
のものである。勿論、コイル部２は、薄型のコイルをケ
ース１の外側に貼り付けて、更にその上から非磁性物質
でモールド等して、表面が滑らかになるようにして、ケ
ース１の滑らかな転動を確保し得るように、適宜、製造
・加工してよいものである。しかし、その点は設計事項
であるから特に説明しない。なお、コイル部２は、ケー
ス１の外側ではなく、内側に貼り付けてもよい。その場
合も、その上から非磁性物質でモールド等して、表面が
滑らかになるようにして、鋼球３ａの滑らかな転動を確
保するようにするものとする。なお、ケース１は完全な
球体であっても、半分割等ができるようになっていて、
内部への磁気応答部材３（鋼球３ａ）の収納等の製造作
業に便ならしめるようにすることは、設計上適宜なされ
る。

【００１２】コイル部２における個別コイル配置及び接
続並びに励磁の態様は、採用しようとする検出原理に従
って、適宜、設計してよい。図１（ｃ）に示すコイル部
２のコイル配置は、レゾルバタイプの位置検出原理に従
って構成した例を示す。図１（ｃ）において、コイル部
２は、第１の方向（便宜的にＸ軸方向という）に沿って
配置された複数の極を含んでいて、各極は１次及び２次
コイルによる電磁誘導結合部を有している第１の検出コ
イル部２Ｘと、前記第１の方向に直交する第２の方向
（便宜的にＹ軸方向という）に沿って配置された複数の
極を含んでいて、各極は１次及び２次コイルによる電磁
誘導結合を有している第２の検出コイル部２Ｙとを具備
している。

【００１３】第１の検出コイル部２Ｘは、Ｘ軸方向に等
間隔で配置された４つの極を含み、各極は少なくとも２
次コイル２１，２２，２３，２４を有している。すなわ
ち、ケース１の曲面に沿ってＸ軸方向に等間隔で配置さ
れた４つの少なくとも２次コイル２１，２２，２３，２
４と図示していない１次コイルとによって第１の検出コ
イル部２Ｘが構成される。同様に、第２の検出コイル部
２Ｙは、Ｙ軸方向に等間隔で配置された４つの極を含
み、各極は少なくとも２次コイル２５，２６，２７，２
８を有しており、かつ、図示していない１次コイルを含
んでいる。第１の検出コイル部２Ｘの極配列（２次コイ
ル２１〜２４の配列）と第２の検出コイル部２Ｙの極配
列（２次コイル２５〜２８の配列）とは、ケース１の曲
面上において図示のように交差している。

【００１４】なお、１次コイルの配置については特に図
示しないが、該１次コイルによって励起した磁界を対応
する各２次コイルに及ぼすことができるような配置であ
れば適宜の配置であってよい。例えば、個々の２次コイ
ルに対応して同じ位置に重複して個別の１次コイルをそ
れぞれ設けるようにしてもよいし、あるいは、ケース１
の適宜の範囲ですべての２次コイルを包囲するように１
個の１次コイルを設けてもよいし、あるいは、いくつか
のグループに分けて複数の２次コイルを包囲するように
複数の１次コイルを設けてもよい。いずれの場合におい
ても、レゾルバタイプの位置検出原理に従う場合、ある
いは後述の差動変圧器原理に従う場合、すべての１次コ
イルが同相（１相）の交流信号で励磁される。

【００１５】ケース１内に収納された磁気応答部材３
は、各検出コイル部２Ｘ，２Ｙにおけるそれぞれの各２
次コイルに対する近接位置関係に応じて、該２次コイル
と対応する１次コイルとの間の磁気結合（すなわち電磁
誘導結合）を変化させる。その近接位置関係に応じた出
力信号が各検出コイル部２Ｘ，２Ｙからそれぞれ出力さ
れる。従って、各検出コイル部２Ｘ，２Ｙの出力に基づ
き、磁気応答部材３の相対的位置に応じたＸ軸成分位置
検出信号とＹ軸成分位置検出信号とを得ることができ
る。なお、磁気応答部材３としての鋼球３ａのサイズ
（直径）は、各２次コイルの配置間隔と同様に、レゾル
バタイプの位置検出原理に従って適切に設計してよい。
例えば図示の例では、磁気応答部材３すなわち鋼球３ａ
は、隣合う２つの２次コイル２１，２２の配置範囲にほ
ぼ対応する直径を有するように描かれているが、これに
限らず、直径寸法の適量の減少又は増加が設計上可能で
ある。

【００１６】レゾルバタイプの位置検出原理について、
第１の検出コイル部２Ｘを例にして説明すると、鋼球３
ａの各２次コイル２１〜２４に対する対応位置が変化す
ることにより、１次コイルと各２次コイル２１〜２４間
の磁気結合が該Ｘ軸成分位置に応じて変化され、これに
より、該Ｘ軸成分位置に応じて振幅変調された誘導出力
交流信号が、各２次コイル２１〜２４の配置のずれに応
じて異なる振幅関数特性で、各２次コイル２１〜２４に
誘起される。各２次コイル２１〜２４に誘起される各誘
導出力交流信号は、１次コイルが１相の交流信号によっ
て共通に励磁されるが故に、その電気的位相が同相であ
り、その振幅関数が鋼球３ａの各２次コイルに対する接
近または遠ざかりに従ってそれぞれ変化する。

【００１７】レゾルバ原理を採用する場合は、検出コイ
ル部２Ｘにおける４つの２次コイル２１〜２４に生じる
誘導出力交流信号の振幅関数が、サイン関数（図でｓを
付記する）、コサイン関数（図でｃを付記する）、マイ
ナス・サイン関数（図で／ｓ（ｓバー）を付記する）、
マイナス・コサイン関数（図で／ｃ（ｃバー）を付記す
る）、にそれぞれ相当するものとなるように、各２次コ
イル２１〜２４の配置間隔と磁気応答部材３（すなわち
鋼球３ａ）のサイズを、設定する。種々の条件によっ
て、各コイルの配置は微妙に変わり得るし、磁気応答部
材３（鋼球３ａ）のサイズも変わりうるので、希望の関
数特性が得られるように各コイル配置を適宜調整した
り、あるいは２次出力レベルを電気的増幅によって調整
することにより、希望の振幅関数特性が最終的に得られ
るようにすることができる。従って、各２次コイル２１
〜２４の配置と磁気応答部材３（鋼球３ａ）のサイズは
重要ではあるが、絶対的精度を要求されるわけではな
く、設計上適宜に設定若しくは変更できる。第２の検出
コイル部２Ｙについても同様であり、４つの２次コイル
２５〜２８に生じる誘導出力交流信号の振幅関数が、サ
イン関数（ｓ）、コサイン関数（ｃ）、マイナス・サイ
ン関数（／ｓ）、マイナス・コサイン関数（／ｃ）、に
それぞれ相当するものとなるように、配置されている。
なお、明細書中では、表記の都合上、反転を示すバー記
号は「／（スラッシュ）」で記載するが、これは、図中
のバー記号に対応している。

【００１８】図２は、第１の検出コイル部２Ｘにおける
１次及び２次コイルの回路図であり、１次コイルには共
通の励磁交流信号（説明の便宜上、sinωｔで示す）が
印加される。この１次コイルの励磁に応じて、鋼球３ａ
のＸ軸成分位置に応じた振幅値を持つ交流信号が各２次
コイル２１〜２４に誘導される。夫々の誘導電圧レベル
は該Ｘ軸成分位置に対応して２相の関数特性sinθ，cos
θ及びその逆相の関数特性−sinθ，−cosθを示す。す
なわち、各２次コイル２１〜２４の誘導出力信号は、該
Ｘ軸成分位置に対応して２相の関数特性sinθ，cosθ及
びその逆相の関数特性−sinθ，−cosθで振幅変調され
た状態で夫々出力される。なお、θは該Ｘ軸成分位置に
比例しており、例えば、θ＝２π（ｘ／ｐ）のような関
係である。ここで、ｘはＸ軸成分位置、ｐは上記関数の
１周期に相当する長さである。説明の便宜上、コイルの
巻数等、その他の条件に従う係数は省略し、２次コイル
２１をサイン相として、その出力信号を「sinθ・sinω
ｔ」で示し、２次コイル２２をコサイン相として、その
出力信号を「cosθ・sinωｔ」で示す。また、２次コイ
ル２３をマイナス・サイン相として、その出力信号を
「−sinθ・sinωｔ」で示し、２次コイル２４をマイナ
ス・コサイン相として、その出力信号を「−cosθ・sin
ωｔ」で示す。サイン相とマイナス・サイン相の誘導出
力を差動的に合成することによりサイン関数の振幅関数
を持つ第１の出力交流信号Ａ（＝２sinθ・sinωｔ）が
得られる。また、コサイン相とマイナス・コサイン相の
誘導出力を差動的に合成することによりコサイン関数の
振幅関数を持つ第２の出力交流信号Ｂ（＝２cosθ・sin
ωｔ）が得られる。なお、表現の簡略化のために、係数
「２」を省略して、以下では、第１の出力交流信号Ａを
「sinθ・sinωｔ」で表わし、第２の出力交流信号Ｂを
「cosθ・sinωｔ」で表わす。

【００１９】こうして、Ｘ軸成分位置ｘに対応する第１
の関数値sinθを振幅値として持つ第１の出力交流信号
Ａ＝sinθ・sinωｔと、同じＸ軸成分位置ｘに対応する
第２の関数値cosθを振幅値として持つ第２の出力交流
信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが出力される。このような巻
線構成によれば、回転型位置検出装置として従来知られ
たレゾルバにおいて得られるのと同様の、同相交流であ
って２相の振幅関数を持つ２つの出力交流信号Ａ，Ｂ
（サイン出力とコサイン出力）を第１の検出コイル部２
Ｘにおいて得ることができることが理解できる。この第
１の検出コイル部２Ｘから出力される２相の出力交流信
号（Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔ）は、従来
知られたレゾルバの出力と同様の使い方をすることがで
きる。例えば、図２に示すように、検出コイル部２Ｘの
出力交流信号Ａ，Ｂを適切なディジタル位相検出回路４
０に入力し、前記サイン関数sinθとコサイン関数cosθ
の位相値θをディジタル位相検出方式によって検出し、
Ｘ軸成分位置ｘのディジタルデータＤｘを得るようにす
ることができる。ディジタル位相検出回路４０で採用す
るディジタル位相検出方式としては、公知のＲ−Ｄ（レ
ゾルバ−ディジタル）コンバータを適用してもよいし、
本発明者らによって開発済の新方式を採用してもよい。

【００２０】第２の検出コイル部２Ｙについても、図２
と同様に１次及び２次コイル回路を構成し、Ｙ軸成分位
置を示すレゾルバタイプの２相出力交流信号を出力する
ようにすることができる。そして、上記と同様に、ディ
ジタル位相検出方式を採用することにより、Ｙ軸成分位
置を示すディジタルデータＤｙを得るようにすることが
できる。こうして、第１の検出コイル部２Ｘと第２の検
出コイル部２Ｙからそれぞれ得られるＸ軸成分位置とＹ
軸成分位置のデータＤｘ，Ｄｙの組合せにより、ケース
１に対して外部から加えられた運動の変位量を全方向に
ついて検知する（ただし垂直方向は除く）データを得る
ことができる。

【００２１】コイル部２のコイル配置は、上記例に限ら
ず、適宜に変形可能である。例えば、図３（ａ）は、第
１及び第２の検出コイル部２Ｘ，２Ｙの各極毎の２次コ
イル２１’〜２４’及び２５’〜２８’を扇状に配置し
た例を示す。ダッシュ符号を付した各２次コイル２１’
〜２４’及び２５’〜２８’は、図１（ｃ）におけるダ
ッシュ符号を付していない同一符号の２次コイル２１〜
２４及び２５〜２８に対応しており、同様の技術的意義
を持っている。図１（ｃ）の配置と異なる点は、各２次
コイル２１’〜２４’及び２５’〜２８’が図示のよう
な扇状の配置からなっている点である。このような各極
の扇状の配置は、例えば２次コイル２１’の極（第１の
検出コイル部２Ｘのサイン極）について示すと、図３
（ｂ）に示すように１つの２次コイルを所定の扇状に巻
回して構成してもよいし、図３（ｃ）に示すように複数
の２次コイルを所定の扇状に並べて構成してもよい。図
３（ｃ）のように複数の２次コイルによって１つの極を
構成する場合は、前述と同様に、これらの同相の２次コ
イルを直列接続して当該極についての１つの出力信号を
生じるようにする。図４は、第１及び第２の検出コイル
部２Ｘ，２Ｙの各極毎の２次コイル２１'’〜２４'’及
び２５'’〜２８'’を半円状に配置し、第１及び第２の
検出コイル部２Ｘ，２Ｙを２層に積み重ねた例を示す。

【００２２】また、コイル部２における１次及び２次コ
イルの数並びに相数（又は極数）も図示のものに限ら
ず、公知の誘導型位置検出装置の構成に準じて適宜に設
計変更可能である。例えば、サイン相とコサイン相のレ
ゾルバタイプ出力を生じる構成に限らず、１２０度づつ
位相のずれた３相のシンクロタイプ出力を生じるような
構成、あるいはその田適宜の構成であってよい。なお、
コイル部２のコイル配置は、ケース１の下面に限らず、
全面にわたって設けるようにしてもよい。その場合、例
えば、球体のケース１の１つの半球を上記のような１組
の第１及び第２の検出コイル部２Ｘ，２Ｙによって分担
し、もう１つの半球を上記のような別の１組の第１及び
第２の検出コイル部２Ｘ，２Ｙによって分担する、とい
うような配置が可能である。勿論、その他の配置も適宜
設計上可能である。そのように、完全な球からなるケー
ス１の全面にわたって適宜の配置でコイル部２を設ける
ようにすれば、ケース１をコロコロと１回転以上転動さ
せるような使い方の場合でも、全回転にわたって検出出
力を得ることができる。これに対して、図示の各例に示
すようにケース１の下面に対応してコイル部２を配置し
た場合は、磁気応答部材３（鋼球３ａ）がコイル部２に
対応する範囲から外れると検出不能になるので、検出可
能範囲が限られてくる。その場合は、ケース１を所定範
囲内で揺動させるような運動の検出あるいは傾斜の検出
に、本発明の球体状センサを使用することができる。

【００２３】また、ケース１の形状は、完全な球体に限
らず、図５に示すような半球体形状又はその他の部分球
体形状であってもよい。勿論、半球体形状等のケース１
においては適宜の蓋でカバーするものとする。ケース１
の形状は、その他、楕円球体若しくは部分的に曲面を有
する形状等であってよい。

【００２４】また、磁気応答部材３の形状は、上記実施
例のような球体３ａに限らず、図６（ａ）に示すような
部分球（又は部分円）３ｂであってもよい。また、その
材質も、鉄等の磁性体に限らず、銅のような良導電体で
あってもよい。良導電体を磁気応答部材３として使用し
た場合は渦電流損によって磁気抵抗変化が得られ、１次
及び２次コイル間の結合係数が変化されることは既に知
られている。また、磁性体と良導電体の組合せによっ
て、相補的に磁気結合係数の変化率を高めて検出感度を
向上させることも知られているので、これを採用しても
よい。また、磁気応答部材３としては、固定形状の物体
に限らず、非固定形状の物体（流体又は粉体）であって
もよい。図６（ｂ）は、磁気応答部材３として適量の磁
性流体３ｃを収納した例を示す。図６（ｃ）は、磁気応
答部材３として適量の磁性粉体３ｄを収納した例を示
す。この場合、細かな粉体３ｄに限らず、砂鉄のような
粒体であってもよい。図６（ｄ）は、磁気応答部材３と
して、鋼球３ａと適量の磁性流体３ｃ（又は粉体又は粒
体）の組み合わせを使用する例を示す。図６（ｄ）のよ
うなハイブリッドタイプは、検出出力信号のＳ／Ｎ比を
向上させることができると共に、出力信号変化を滑らか
にすることができる。別の例として、ケース１内を非磁
性の粘性流体で満たし、その中に鋼球２ａを収納して、
急激な動きに対して緩衝作用をもたせるようにしてもよ
い。

【００２５】本発明の球体状センサに対する外力の与え
方は、使用目的に応じて、任意に設定してよい。図７は
いくつかの使用例を略示するもので、（ａ）は、テーブ
ル等の任意の水平面１１の上に、この球体状センサを、
ケース１の下面（つまりコイル部２を配置した面）を下
にして、置く。この場合、人の手等によってケース１に
対して直接外力を加えて、該ケース１を転動又は揺動さ
せる。これによって、人の手による操作量を検知するた
めの新規な装置として、本発明の球体状センサを利用す
ることができる。（ｂ）は、この球体状センサを振り子
状に吊るして、振動検知等の目的で応用するようにした
例を示す。（ｃ）は、この球体状センサを対象物１２に
固定して設置し、該対象物１２の傾きに応じてケース１
が傾くことに基づき、傾斜検知の目的で応用するように
した例を示す。また、一瞬の振動又は傾斜の振れ幅は、
加速度に対応しているので、対象物１２として車両等に
搭載して傾斜計及び／又は加速度計としても応用でき
る。

【００２６】ケース１が図１のような全球型からなるも
の、あるいは図５のような半球（又は部分球）型からな
るもの、などいずれのタイプのものを使用する場合で
も、上記実施例に示したような第１及び第２の検出コイ
ル部２Ｘ，２Ｙを設けて２方向位置検出可能とすれば、
球体状マウスとして使用することができる。すなわち、
ケース１をテーブル上に置いて、手で任意の方向に転動
させる。これに応じて第１及び第２の検出コイル部２
Ｘ，２ＹからＸ軸位置成分及びＹ軸位置成分の移動量に
対応する出力信号が夫々得られ、この出力信号を前述の
ディジタル位相検出回路４０で処理することにより、Ｘ
軸位置成分及びＹ軸位置成分の位置データＤｘ，Ｄｙが
得られる。この位置データＤｘ，Ｄｙは複数ビットのア
ブソリュート値であるため、これを例えば図８に示すよ
うな変位検出／インクリメンタルパルス形成回路８１，
８２で処理し、一定の変位毎にインクリメンタルパルス
Ｐｘ，Ｐｙを発生するようにすればよい。このインクリ
メンタルパルスＰｘ，Ｐｙを、カーソルのＸ，Ｙ移動を
指示する信号として使用する。時間的に変化するアブソ
リュート位置データの入力に基づきインクリメンタルパ
ルスを形成する回路は公知であるため、各回路８１，８
２の詳細は省略する。

【００２７】図９は、ディジタル位相検出回路４０とし
て、公知のＲ−Ｄ（レゾルバ−ディジタル）コンバータ
を適用した例を示す。コイル部２の２次コイル２１〜２
４から出力されるレゾルバタイプの２相の出力交流信号
Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔが、それぞれア
ナログ乗算器３０，３１に入力される。順次位相発生回
路３２では位相角φのディジタルデータを発生し、サイ
ン・コサイン発生回路３３から該位相角φに対応するサ
イン値sinφとコサイン値cosφのアナログ信号を発生す
る。乗算器３０では、サイン相の出力交流信号Ａ＝sin
θ・sinωｔに対してサイン・コサイン発生回路３３から
のコサイン値cosφを乗算し、「cosφ・sinθ・sinωｔ」
を得る。もう一方の乗算器３１では、コサイン相の出力
交流信号Ｂ＝cosθ・sinωｔに対してサイン・コサイン
発生回路３３からのサイン値sinφを乗算し、「sinφ・c
osθ・sinωｔ」を得る。引算器３４で、両乗算器３０，
３１の出力信号の差を求め、この引算器３４の出力によ
って順次位相発生回路３２の位相発生動作を次のように
制御する。すなわち、順次位相発生回路３２の発生位相
角φを最初は０にリセットし、以後順次増加していき、
引算器３４の出力が０になったとき増加を停止する。引
算器３４の出力が０になるのは、「cosφ・sinθ・sinω
ｔ」＝「sinφ・cosθ・sinωｔ」が成立したときであ
り、すなわち、φ＝θが成立し、順次位相発生回路３２
から位相角φのディジタルデータが出力交流信号Ａ，Ｂ
の振幅関数の位相角θのディジタル値に一致している。
従って、任意のタイミングで周期的にリセットトリガを
与えて順次位相発生回路３２の発生位相角φを０にリセ
ットして、該位相角φのインクリメントを開始し、引算
器３４の出力が０になったとき、該インクリメントを停
止し、位相角θのディジタルデータを得る。なお、順次
位相発生回路３２をアップダウンカウンタ及びＶＣＯを
含んで構成し、引算器３４の出力によってＶＣＯを駆動
してアップダウンカウンタのアップ／ダウンカウント動
作を制御するようにすることが知られており、その場合
は、周期的なリセットトリガは不要である。

【００２８】温度変化等によってコイル部２の１次及び
２次コイルのインピーダンスが変化することにより２次
出力交流信号における電気的交流位相ωｔに誤差が生じ
るが、上記のような位相検出回路においては、sinωｔ
の位相誤差は自動的に相殺されるので、好都合である。
これに対して、従来知られた２相交流信号（例えばsin
ωｔとcosωｔ）で励磁することにより１相の出力交流
信号に電気的位相シフトが生じるようにした方式では、
そのような温度変化等に基づく出力位相誤差を除去する
ことができない。ところで、上記のような従来のＲ−Ｄ
コンバータからなる位相検出回路は、追従比較方式であ
るため、φを追従カウントするときのクロック遅れが生
じ、応答性が悪い、という問題がある。そこで、本発明
者等は、以下に述べるような新規な位相検出回路を開発
したので、これを使用すると好都合である。

【００２９】図１０は、本発明に係る球体状センサにお
ける１軸分の検出コイル部２Ｘ（又は２Ｙ）に適用可能
な新規なディジタル位相検出回路４０の一実施形態を示
している。図１０において、検出回路部４１では、カウ
ンタ４２で所定の高速クロックパルスＣＫをカウント
し、そのカウント値に基づき励磁信号発生回路４３から
励磁用の交流信号（例えばｓｉｎωｔ）を発生し、コイ
ル部２の１次コイルに与える。カウンタ４２のモジュロ
数は、励磁用の交流信号の１周期に対応しており、説明
の便宜上、そのカウント値の０は、基準のサイン信号si
nωｔの０位相に対応しているものとする。コイル部２
の２次コイル２１〜２４から出力される２相の出力交流
信号Ａ＝sinθ・sinωｔとＢ＝cosθ・sinωｔは、検出回
路部４１に入力される。

【００３０】検出回路部４１において、第１の交流出力
信号Ａ＝sinθ・sinωｔが位相シフト回路４４に入力さ
れ、その電気的位相が所定量位相シフトされ、例えば９
０度進められて、位相シフトされた交流信号Ａ’＝sin
θ・cosωｔが得られる。また、検出回路部４１において
は加算回路４５と減算回路４６とが設けられており、加
算回路４５では、位相シフト回路４４から出力される上
記位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔとコ
イル部１０の２次コイル２１〜２４から出力され第２の
交流出力信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが加算され、その加
算出力として、Ｂ＋Ａ’＝cosθ・sinωｔ＋sinθ・cosω
ｔ＝sin（ωｔ＋θ）なる略式で表わせる第１の電気的
交流信号Ｙ１が得られる。減算回路４６では、上記位相
シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと上記第２
の交流出力信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが減算され、その
減算出力として、Ｂ−Ａ’＝cosθ・sinωｔ−sinθ・cos
ωｔ＝sin（ωｔ−θ）なる略式で表わせる第２の電気
的交流信号Ｙ２が得られる。このようにして、検出対象
位置（ｘ）に対応して正方向にシフトされた電気的位相
角（＋θ）を持つ第１の電気的交流信号Ｙ１＝sin（ω
ｔ＋θ）と、同じ前記検出対象位置（ｘ）に対応して負
方向にシフトされた電気的位相角（−θ）を持つ第２の
電気的交流信号Ｙ２＝sin（ωｔ−θ）とが、電気的処
理によって夫々得られる。

【００３１】加算回路４５及び減算回路４６の出力信号
Ｙ１，Ｙ２は、夫々ゼロクロス検出回路４７，４８に入
力され、それぞれのゼロクロスが検出される。ゼロクロ
スの検出の仕方としては、例えば、各信号Ｙ１，Ｙ２の
振幅値が負から正に変化するゼロクロスつまり０位相を
検出する。各回路４７，４８で検出したゼロクロス検出
パルスつまり０位相検出パルスは、ラッチパルスＬＰ
１，ＬＰ２として、ラッチ回路４９，５０に入力され
る。ラッチ回路４９，５０では、カウンタ４２のカウン
ト値を夫々のラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２のタイミング
でラッチする。前述のように、カウンタ４２のモジュロ
数は励磁用の交流信号の１周期に対応しており、そのカ
ウント値の０は基準のサイン信号sinωｔの０位相に対
応しているものとしたので、各ラッチ回路４９，５０に
ラッチしたデータＤ１，Ｄ２は、それぞれ、基準のサイ
ン信号sinωｔに対する各出力信号Ｙ１，Ｙ２の位相ず
れに対応している。各ラッチ回路４９，５０の出力は誤
差計算回路５１に入力されて、「（Ｄ１＋Ｄ２）／２」
の計算が行なわれる。なお、この計算は、実際は、「Ｄ
１＋Ｄ２」のバイナリデータの加算結果を１ビット下位
にシフトすることで行われるようになっていてよい。

【００３２】ここで、コイル部２と検出回路部４１間の
配線ケーブル長の長短による影響や、コイル部２の各１
次及び２次コイルにおいて温度変化等によるインピーダ
ンス変化が生じていることを考慮して、その出力信号の
位相変動誤差を「±ｄ」で示すと、検出回路部４１にお
ける上記各信号は次のように表わされる。 Ａ＝sinθ・sin（ωｔ±ｄ） Ａ’＝sinθ・cos（ωｔ±ｄ） Ｂ＝cosθ・sin（ωｔ±ｄ） Ｙ１＝sin（ωｔ±ｄ＋θ） Ｙ２＝sin（ωｔ±ｄ−θ） Ｄ１＝±ｄ＋θ Ｄ２＝±ｄ−θ

【００３３】すなわち、各位相ずれ測定データＤ１，Ｄ
２は、基準のサイン信号sinωｔを基準位相に使用して
位相ずれカウントを行なうので、上記のように位相変動
誤差「±ｄ」を含む値が得られてしまう。そこで、誤差
計算回路５１において、「（Ｄ１＋Ｄ２）／２」の計算
を行なうことにより、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２＝｛(±ｄ＋θ)＋(±ｄ−θ)｝／２
＝ ±２ｄ／２ ＝ ±ｄ により、位相変動誤差「±ｄ」を算出することができ
る。

【００３４】誤差計算回路５１で求められた位相変動誤
差「±ｄ」のデータは、減算回路５２に与えられ、一方
の位相ずれ測定データＤ１から減算される。すなわち、
減算回路５２では、「Ｄ１−（±ｄ）」の減算が行なわ
れるので、 Ｄ１−（±ｄ）＝±ｄ＋θ−（±ｄ）＝θ となり、位相変動誤差「±ｄ」を除去した正しい検出位
相差θを示すディジタルデータが得られる。このよう
に、本発明によれば、位相変動誤差「±ｄ」が相殺され
て、検出対象位置ｘに対応する正しい位相差θのみが抽
出されることが理解できる。

【００３５】この点を図１１を用いて更に説明する。図
１１においては、位相測定の基準となるサイン信号sin
ωｔと前記第１及び第２の交流信号Ｙ１，Ｙ２の０位相
付近の波形を示しており、同図（ａ）は位相変動誤差が
プラス（＋ｄ）の場合、（ｂ）はマイナスの場合（−
ｄ）を示す。同図（ａ）の場合、基準のサイン信号sin
ωｔの０位相に対して第１の信号Ｙ１の０位相は「θ＋
ｄ」だけ進んでおり、これに対応する位相差検出データ
Ｄ１は「θ＋ｄ」に相当する位相差を示す。また、基準
のサイン信号sinωｔの０位相に対して第２の信号Ｙ２
の０位相は「−θ＋ｄ」だけ遅れており、これに対応す
る位相差検出データＤ２は「−θ＋ｄ」に相当する位相
差を示す。この場合、誤差計算回路５１では、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２＝｛(＋ｄ＋θ)＋(＋ｄ−θ)｝／２
＝ ＋２ｄ／２ ＝ ＋ｄ により、位相変動誤差「＋ｄ」を算出する。そして、減
算回路５２により、 Ｄ１−（＋ｄ）＝＋ｄ＋θ−（＋ｄ）＝θ が計算され、正しい位相差θが抽出される。

【００３６】図１１（ｂ）の場合、基準のサイン信号si
nωｔの０位相に対して第１の信号Ｙ１の０位相は「θ
−ｄ」だけ進んでおり、これに対応する位相差検出デー
タＤ１は「θ−ｄ」に相当する位相差を示す。また、基
準のサイン信号sinωｔの０位相に対して第２の信号Ｙ
２の０位相は「−θ−ｄ」だけ遅れており、これに対応
する位相差検出データＤ２は「−θ−ｄ」に相当する位
相差を示す。この場合、誤差計算回路５１では、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２＝｛(−ｄ＋θ)＋(−ｄ−θ)｝／２
＝ −２ｄ／２ ＝ −ｄ により、位相変動誤差「−ｄ」を算出する。そして、減
算回路５２により、 Ｄ１−（−ｄ）＝−ｄ＋θ−（−ｄ）＝θ が計算され、正しい位相差θが抽出される。なお、減算
回路５２では。「Ｄ２−（±ｄ）」の減算を行なうよう
にしてもよく、原理的には上記と同様に正しい位相差θ
を反映するデータ（−θ）が得られることが理解できる
であろう。

【００３７】また、図１１からも理解できるように、第
１の信号Ｙ１と第２の信号Ｙ２との間の電気的位相差は
２θであり、常に、両者における位相変動誤差「±ｄ」
を相殺した正確な位相差θの２倍値を示していることに
なる。従って、図１０におけるラッチ回路４９，５０及
び誤差計算回路５１及び減算回路５２等を含む回路部分
の構成を、信号Ｙ１，Ｙ２の電気的位相差２θをダイレ
クトに求めるための構成に適宜変更するようにしてもよ
い。例えば、ゼロクロス検出回路４７から出力される第
１の信号Ｙ１の０位相に対応するパルスＬＰ１の発生時
点から、ゼロクロス検出回路４８から出力される第２の
信号Ｙ２の０位相に対応するパルスＬＰ２の発生時点ま
での間を適宜の手段でゲートし、このゲート期間をカウ
ントすることにより、位相変動誤差「±ｄ」を相殺し
た、電気的位相差（２θ）に対応するディジタルデータ
を得ることができ、これを１ビット下位にシフトすれ
ば、θに対応するデータが得られる。

【００３８】ところで、上記実施例では、＋θをラッチ
するためのラッチ回路４９と、−θをラッチするための
ラッチ回路５０とでは、同じカウンタ４２の出力をラッ
チするようにしており、ラッチしたデータの正負符号に
ついては特に言及していない。しかし、データの正負符
号については、本発明の趣旨に沿うように、適宜の設計
的処理を施せばよい。例えば、カウンタ４２のモジュロ
数が４０９６（１０進数表示）であるとすると、そのデ
ィジタルカウント０〜４０９５を０度〜３６０度の位相
角度に対応させて適宜に演算処理を行なうようにすれば
よい。最も単純な設計例は、カウンタ４２のカウント出
力の最上位ビットを符号ビットとし、ディジタルカウン
ト０〜２０４７を＋０度〜＋１８０度に対応させ、ディ
ジタルカウント２０４８〜４０９５を−１８０度〜−０
度に対応させて、演算処理を行なうようにしてもよい。
あるいは、別の例として、ラッチ回路５０の入力データ
又は出力データを２の補数に変換することにより、ディ
ジタルカウント４０９５〜０を−３６０度〜−０度の負
の角度データ表現に対応させるようにしてもよい。

【００３９】ところで、ケース１が静止状態のときは特
に問題ないのであるが、時間的に変化するときは、それ
に対応する位相角θも時間的に変動することになる。そ
の場合、加算回路４５及び減算回路４６の各出力信号Ｙ
１，Ｙ２の位相ずれ量θが一定値ではなく、移動速度に
対応して時間的に変化する動特性を示すものとなり、こ
れをθ(t)で示すと、各出力信号Ｙ１，Ｙ２は、 Ｙ１＝sin｛ωｔ±ｄ＋θ(t)｝ Ｙ２＝sin｛ωｔ±ｄ−θ(t)｝ となる。すなわち、基準信号sinωｔの周波数に対し
て、進相の出力信号Ｙ１は＋θ(t)に応じて周波数が高
くなる方向に周波数遷移し、遅相の出力信号Ｙ２は−θ
(t)に応じて周波数が低くなる方向に周波数遷移する。
このような動特性の下においては、基準信号sinωｔの
１周期毎に各信号Ｙ１，Ｙ２の周期が互いに逆方向に次
々に遷移していくので、各ラッチ回路４９，５０におけ
る各ラッチデータＤ１，Ｄ２の計測時間基準が異なって
くることになり、両データＤ１，Ｄ２を単純に回路５
１，５２で演算するだけでは、正確な位相変動誤差「±
ｄ」を得ることができない。

【００４０】検出対象が時間的に変化している最中であ
っても時々刻々の該検出対象の位置に対応する位相差θ
を正確に検出できるようにすることが望ましい。そこ
で、上記のような問題点を解決するために、検出対象位
置が時間的に変化している最中であっても時々刻々の該
検出対象位置に対応する位相差θを検出できるようにし
た改善策について図１２を参照して説明する。

【００４１】図１２は、図１０の検出回路部４１におけ
る誤差計算回路５１と減算回路５２の部分の変更例を抽
出して示しており、他の図示していない部分の構成は図
１０と同様であってよい。検出対象位置が時間的に変化
している場合における該位置に対応する位相差θを、＋
θ（ｔ）および−θ（ｔ）で表わすと、各出力信号Ｙ
１，Ｙ２は前記のように表わせる。そして、夫々に対応
してラッチ回路４９，５０で得られる位相ずれ測定値デ
ータＤ１，Ｄ２は、 Ｄ１＝±ｄ＋θ(t) Ｄ２＝±ｄ−θ(t) となる。この場合、±ｄ＋θ(t) は、θの時間的変化に
応じて、プラス方向に０度から３６０度の範囲で繰り返
し時間的に変化してゆく。また、±ｄ−θ(t) は、θの
時間的変化に応じて、マイナス方向に３６０度から０度
の範囲で繰り返し時間的に変化してゆく。従って、±ｄ
＋θ(t) ≠ ±ｄ−θ(t) のときもあるが、両者の変化
が交差するときもあり、そのときは±ｄ＋θ(t) ＝ ±
ｄ−θ(t) が成立する。このように、±ｄ＋θ(t) ＝
±ｄ−θ(t) が成立するときは、各出力信号Ｙ１，Ｙ２
の電気的位相が一致しており、かつ、夫々のゼロクロス
検出タイミングに対応するラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２
の発生タイミングが一致していることになる。

【００４２】図１２において、一致検出回路５３は、各
出力信号Ｙ１，Ｙ２ののゼロクロス検出タイミングに対
応するラッチパルスＬＰ１，ＬＰ２の発生タイミング
が、一致したことを検出し、この検出に応答して一致検
出パルスＥＱＰを発生する。一方、時変動判定回路５４
では、適宜の手段により（例えば一方の位相差測定デー
タＤ１の値の時間的変化の有無を検出する等の手段によ
り）、検出対象傾斜角θが時間的に変化するモードであ
ることを判定し、この判定に応じて時変動モード信号Ｔ
Ｍを出力する。誤差計算回路５１と減算回路５２との間
にセレクタ５５が設けられており、上記時変動モード信
号ＴＭが発生されていないとき、つまりＴＭ＝“０”す
なわち検出対象傾斜角θが時間的に変化していないと
き、セレクタ入力Ｂに加わる誤差計算回路５１の出力を
選択して減算回路５２に入力する。このようにセレクタ
５５の入力Ｂが選択されているときの図１２の回路は、
図１０の回路と等価的に動作する。すなわち、検出対象
直線位置ｘが静止しているときは、誤差計算回路５１の
出力データがセレクタ５５の入力Ｂを介して減算回路５
２に直接的に与えられ、図１０の回路と同様に動作す
る。

【００４３】一方、上記時変動モード信号ＴＭが発生さ
れているとき、つまりＴＭ＝“１”すなわち検出対象位
置が時間的に変化しているときは、セレクタ５５の入力
Ａに加わるラッチ回路５６の出力を選択して減算回路５
２に入力する。上記時変動モード信号ＴＭが“１”で、
かつ前記一致検出パルスＥＱＰが発生されたとき、アン
ドゲート５７の条件が成立して、該一致検出パルスＥＱ
Ｐに応答するパルスがアンドゲート５７から出力され、
ラッチ回路５６に対してラッチ命令を与える。ラッチ回
路５６は、このラッチ命令に応じてカウンタ４２の出力
カウントデータをラッチする。ここで、一致検出パルス
ＥＱＰが生じるときは、カウンタ４２の出力をラッチ回
路４９，５０に同時にラッチすることになるので、Ｄ１
＝Ｄ２であり、ラッチ回路５６にラッチするデータは、
Ｄ１又はＤ２（ただしＤ１＝Ｄ２）に相当している。

【００４４】また、一致検出パルスＥＱＰは、各出力信
号Ｙ１，Ｙ２のゼロクロス検出タイミングが一致したと
き、すなわち「±ｄ＋θ(t) ＝ ±ｄ−θ(t)」が成立し
たとき、発生されるので、これに応答してラッチ回路５
６にラッチされるデータは、Ｄ１又はＤ２（ただしＤ１
＝Ｄ２）に相当しているが故に、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２ と等価である。このことは、 （Ｄ１＋Ｄ２）／２＝[{±ｄ＋θ(t)}＋{±ｄ−θ(t)}]
／２＝２（±ｄ）／２＝±ｄ であることを意味し、ラッチ回路５６にラッチされたデ
ータは、位相変動誤差「±ｄ」を正確に示しているもの
であることを意味する。

【００４５】こうして、検出対象位置が時間的に変動し
ているときは、位相変動誤差「±ｄ」を正確に示すデー
タが一致検出パルスＥＱＰに応じてラッチ回路５６にラ
ッチされ、このラッチ回路５６の出力データがセレクタ
５５の入力Ａを介して減算回路５２に与えられる。従っ
て、減算回路５２では、位相変動誤差「±ｄ」を除去し
た検出対象位置のみに正確に応答するデータθ（時間的
に変動する場合はθ(t) ）を得ることができる。なお、
図１２において、アンドゲート５７を省略して、一致検
出パルスＥＱＰを直接的にラッチ回路５６のラッチ制御
入力に与えるようにしてもよい。また、ラッチ回路５６
には、カウンタ４２の出力カウントデータに限らず、図
１１で破線で示すように誤差計算回路５１の出力データ
「±ｄ」をラッチするようにしてもよい。その場合は、
一致検出パルスＥＱＰの発生タイミングに対して、それ
に対応する誤差計算回路５１の出力データの出力タイミ
ングが、ラッチ回路４９，５０及び誤差計算回路５１の
回路動作遅れの故に、幾分遅れるので、適宜の時間遅れ
調整を行なった上で、誤差計算回路５１の出力をラッチ
回路５６にラッチするようにするとよい。また、動特性
のみを考慮して検出回路部４１を構成する場合は、図１
２の回路５１及びセレクタ５５と図１の一方のラッチ回
路４９又は５０を省略してもよいことが、理解できるで
あろう。

【００４６】図１３は、位相変動誤差「±ｄ」を相殺す
ることができる位相差検出演算法についての別の実施例
を示す。コイル部２の２次コイル２１〜２４から出力さ
れるレゾルバタイプの前記第１及び第２の交流出力信号
Ａ，Ｂは、検出回路部６０に入力され、図１０の例と同
様に、第１の交流出力信号Ａ＝sinθ・sinωｔが位相シ
フト回路４４に入力され、その電気的位相が所定量位相
シフトされて、位相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・
cosωｔが得られる。また、減算回路４６では、上記位
相シフトされた交流信号Ａ’＝sinθ・cosωｔと上記第
２の交流出力信号Ｂ＝cosθ・sinωｔとが減算され、そ
の減算出力として、Ｂ−Ａ’＝cosθ・sinωｔ−sinθ・c
osωｔ＝sin（ωｔ−θ）なる略式で表わせる電気的交
流信号Ｙ２が得られる。減算回路４６の出力信号Ｙ２は
ゼロクロス検出回路４８に入力され、ゼロクロス検出に
応じてラッチパルスＬＰ２が出力され、ラッチ回路５０
に入力される。

【００４７】図１３の実施例が図１０の実施例と異なる
点は、検出対象位置に対応する電気的位相ずれを含む交
流信号Ｙ２＝sin（ωｔ−θ）から、その位相ずれ量θ
を測定する際の基準位相が相違している点である。図１
０の例では、位相ずれ量θを測定する際の基準位相は、
基準のサイン信号sinωｔの０位相であり、これは、コ
イル部２に入力されるものではないので、温度変化等に
よるコイルインピーダンス変化やその他の各種要因に基
づく位相変動誤差「±ｄ」を含んでいないものである。
そのために、図１０の例では、２つの交流信号Ｙ１＝si
n（ωｔ＋θ）及びＹ２＝sin（ωｔ−θ）を形成し、そ
の電気的位相差を求めることにより、位相変動誤差「±
ｄ」を相殺するようにしている。これに対して、図１３
の実施例では、コイル部２から出力される第１及び第２
の交流出力信号Ａ，Ｂを基にして、位相ずれ量θを測定
する際の基準位相を形成し、該基準位相そのものが上記
位相変動誤差「±ｄ」を含むようにすることにより、上
記位相変動誤差「±ｄ」を排除するようにしている。

【００４８】すなわち、検出回路部６０において、コイ
ル部２から出力された前記第１及び第２の交流出力信号
Ａ，Ｂがゼロクロス検出回路６１，６２に夫々入力さ
れ、それぞれのゼロクロスが検出される。なお、ゼロク
ロス検出回路６１，６２は、入力信号Ａ，Ｂの振幅値が
負から正に変化するゼロクロス（いわば０位相）と正か
ら負に変化するゼロクロス（いわば１８０度位相）のど
ちらにでも応答してゼロクロス検出パルスを出力するも
のとする。これは信号Ａ，Ｂの振幅の正負極性を決定す
るsinθとcosθがθの値に応じて任意に正又は負となる
ため、両者の合成に基づき３６０度毎のゼロクロスを検
出するためには、まず１８０度毎のゼロクロスを検出す
る必要があるためである。両ゼロクロス検出回路６１，
６２から出力されるゼロクロス検出パルスがオア回路６
３でオア合成され、該オア回路６３の出力が適宜の１／
２分周パルス回路６４（例えばＴ−フリップフロップの
ような１／２分周回路とパルス出力用アンドゲートを含
む）に入力されて、１つおきに該ゼロクロス検出パルス
が取り出され、３６０度毎のゼロクロスすなわち０位相
のみに対応するゼロクロス検出パルスが基準位相信号パ
ルスＲＰとして出力される。この基準位相信号パルスＲ
Ｐは、カウンタ６５のリセット入力に与えられる。カウ
ンタ６５は所定のクロックパルスＣＫを絶えずカウント
するものであるが、そのカウント値が、前記基準位相信
号パルスＲＰに応じて繰返し０にリセットされる。この
カウンタ６５の出力がラッチ回路５０に入力され、前記
ラッチパルスＬＰ２の発生タイミングで、該カウント値
が該ラッチ回路５０にラッチされる。ラッチ回路５０に
ラッチしたデータＤが、検出対象位置ｘに対応した位相
差θの測定データとして出力される。

【００４９】コイル部２から出力される第１及び第２の
交流出力信号Ａ，Ｂは、それぞれ、Ａ＝sinθ・sinω
ｔ、Ｂ＝cosθ・sinωｔ、であり、電気的位相は同相で
ある。従って、同じタイミングでゼロクロスが検出され
るはずであるが、振幅係数がサイン関数sinθ及びコサ
イン関数cosθで変動するので、どちらかの振幅レベル
が０か又は０に近くなる場合があり、そのような場合
は、一方については、事実上、ゼロクロスを検出するこ
とができない。そこで、この実施例では、２つの交流出
力信号Ａ＝sinθ・sinωｔ、Ｂ＝cosθ・sinωｔのそれぞ
れについてゼロクロス検出処理を行ない、両者のゼロク
ロス検出出力をオア合成することにより、どちらか一方
が振幅レベル小によってゼロクロス検出不能であって
も、他方の振幅レベル大の方のゼロクロス検出出力信号
を利用できるようにしたことを特徴としている。

【００５０】図１３の例の場合、コイル部２のコイルイ
ンピーダンス変化等による位相変動誤差が、例えば「−
ｄ」であるとすると、減算回路４６から出力される交流
信号Ｙ２は、図１４の（ａ）に示すように、Ｙ２＝sin
（ωｔ−ｄ−θ）となる。この場合、コイル部２の出力
信号Ａ，Ｂは、θに応じた振幅値sinθ及びcosθを夫々
持ち、図１４の（ｂ）に例示するように、Ａ＝sinθ・si
n（ωｔ−ｄ）、Ｂ＝cosθ・sin（ωｔ−ｄ）、というよ
うに位相変動誤差分を含んでいる。従って、このゼロク
ロス検出に基づいて図１４の（ｃ）のようなタイミング
で得られる基準位相信号パルスＲＰは、本来の基準のサ
イン信号sinωｔの０位相から位相変動誤差−ｄだけず
れたものである。従って、この基準位相信号パルスＲＰ
を基準として、減算回路４６の出力交流信号Ｙ２＝sin
（ωｔ−ｄ−θ）の位相ずれ量を測定すれば、位相変動
誤差−ｄを除去した正確な値θが得られることになる。

【００５１】なお、コイル部２の配線長等の装置条件が
定まると、そのインピーダンス変化は主に温度に依存す
ることになる。そうすると、上記位相変動誤差±ｄは、
この球体状センサが配備された周辺環境の温度を示すデ
ータに相当する。従って、図１０の実施例のような位相
変動誤差±ｄを演算する回路５１を有するものにおいて
は、そこで求めた位相変動誤差±ｄのデータを温度検出
データとして適宜出力することができる。従って、その
ような本発明の構成によれば、１つの球体状センサによ
って位置を検出することができるのみならず、該センサ
の周辺環境の温度を示すデータをも得ることができる、
という優れた効果を有するものである。勿論、温度変化
等によるセンサ側のインピーダンス変化や配線ケーブル
長の長短の影響を受けることなく、検出対象位置に応答
した高精度の検出が可能となる、という優れた効果をも
奏するものである。また、図１０や図１３の例は、交流
信号における位相差を測定する方式であるため、図９の
ような検出法に比べて、高速応答性にも優れた検出を行
なうことができる、という優れた効果を奏する。

【００５２】上記のようなディジタル位相検出回路４０
は、各検出コイル部２Ｘ，２Ｙ毎に設けられ、夫々の出
力信号に対応するＸ軸成分位置データＤｘ及びＹ軸成分
位置データＤｙを生成するようにする。その場合、ディ
ジタル位相検出回路４０の共通のハードウェア装置を、
複数の検出コイル部２Ｘ，２Ｙ毎の位相差データθの算
出のために時分割共用するようにするとよい。なお、各
検出コイル部２Ｘ，２Ｙの出力信号に含まれる位相成分
θの測定は、上述のようなディジタルアブソリュート値
の演算によるものに限らず、その他の設計変更が可能で
ある。例えば、位相成分θに対応するアナログ信号（電
圧又は電流）を出力するようにしてもよい。また、図８
のように、位相成分θの増加（変位）に応じてインクリ
メンタルパルスＰｘ，Ｐｙを発生するようにしてもよ
い。また、位相値θを周波数変換して、該位相値θに対
応する周波数のクロックパルスを繰り返し発生するよう
にしてもよい。あるいは、位相成分θを求める演算を行
わずに、出力信号Ａ又はＢの振幅値ｓｉｎθ又はｃｏｓ
θをそのまま位置検出情報として使用してもよい。ある
いは、該出力信号Ａ又はＢの振幅値ｓｉｎθ又はｃｏｓ
θを、電圧−周波数変換して、該振幅値ｓｉｎθ又はｃ
ｏｓθに対応する周波数のクロックパルスを繰り返し発
生するようにしてもよい。要するに、本発明の球体セン
サの出力信号の処理の仕方は、ティジタル／アナログを
問わず、どのようなものであってもよい。

【００５３】なお、上記各実施例において、コイル部２
と磁気応答部材３による検出原理を、公知の位相シフト
タイプ位置検出原理によって構成してもよい。例えば、
図２に示されたコイル部において、１次コイルと２次コ
イルの関係を逆にして、サイン相のコイル２１とマイナ
ス・サイン相のコイル２３を互いに逆相のサイン信号ｓ
ｉｎωｔ，−ｓｉｎωｔによって励磁し、コサイン相の
コイル２２とマイナス・コサイン相のコイル２４を互い
に逆相のコサイン信号ｃｏｓωｔ，−ｃｏｓωｔによっ
て励磁し、出力用コイルから検出対象傾斜θに応じた電
気的位相シフトθを含む出力信号ｓｉｎ（ωｔ−θ）を
得るようにしてもよい。あるいは、コイル部２と磁気応
答部材３による検出原理を、公知の差動トランス型の位
置検出原理に基づいてアナログ検出出力を得るように構
成してもよい。

【００５４】あるいは、上記各実施例において、コイル
部２の構成として、１次コイルと２次コイルの対を含む
ように構成せずに、１つのコイルのみによって構成し、
該１つのコイルを所定の交流信号によって定電圧駆動
し、該コイルへの磁性体（磁気応答部材３）の侵入量に
応じて生じるインダクタンス変化に基づく電流変化を計
測することにより、操作量に対応する検出データを得る
ようにしてもよい。その場合、該電流変化に応答する出
力信号の振幅変化を測定する方法、あるいは該電流変化
に応答するコイル各端部での出力信号間の位相変化を測
定する方法などによって所要の測定を行うことができ
る。その他、コイル部２と磁気応答部材３による検出手
段の構成は任意の変形が可能である。そのほか、上記実
施例で示した新規かつ有意義な構成の一部を選択的に採
用して球体状センサを構成してもよい。

【００５５】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、少なくと
もケースの下面が曲面形状を成しており、少なくともこ
の下面においてコイル部が所定の配置で設置されてお
り、ケースと共に動くようになっており、該ケースに外
部より加えられる動きに応じて該ケースが転動又は揺動
又は傾斜し、外部から加わる任意のフリーな動きに応答
して前記コイル部配置面が該ケースの動きと共に転動又
は揺動又は傾斜する。そして、このケースの内部には重
力に従って移動自在に磁気応答部材が収納されており、
該磁気応答部材は常に重力方向を指向するので、ケース
の動きに応じて該磁気応答部材が、該ケース内で相対的
に動き、該ケース下面に配置されたコイル部に対して相
対的に変位することになる。この磁気応答部材とコイル
部との位置関係の変化に応じてコイル部に生じる誘導出
力信号が変化し、外部より加えられる動きに応じた前記
ケースの変位を検知することができる。従って、誘導型
の検出装置を使用して、構造的に非接触であり、かつ簡
単な構成によって簡便かつ安価に、外部から加わる任意
のフリーな動きを検知することができる新規なセンサを
提供することができ、広い応用・用途が見込まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る球体センサの一実施例を示す図
であって、（ａ）は外観略図、（ｂ）は磁気応答部材の
一例を示す図、（ｃ）はコイル部のコイル配置の一例を
示す展開図。

【図２】 コイル部を構成する２つの検出コイル部の１
つの回路構成例を示す回路図。

【図３】 コイル部のコイル配置の別の例を示す展開
図。

【図４】 コイル部のコイル配置の更に別の例を示す展
開図。

【図５】 本発明に係る球体センサの別の実施例を示す
外観略図。

【図６】 図１における磁気応答部材の変更例を示す
図。

【図７】 本発明に係る球体センサの使用例を示す図。

【図８】 コイル部を構成する２つの検出コイル部から
得られるＸ軸位置成分データとＹ軸位置成分データとに
基づきインクリメンタルパルスを夫々発生する構成例を
示すブロック図。

【図９】 本発明に係る球体センサに適用可能な位相検
出タイプの測定回路の一例を示すブロック図。

【図１０】 本発明に係る球体センサに適用可能な位相
検出タイプの測定回路の別の例を示すブロック図。

【図１１】 図１０の動作説明図。

【図１２】 図１０の回路に付加される変更例を示すブ
ロック図。

【図１３】 本発明に係る球体センサに適用可能な位相
検出タイプの測定回路の更に別の例を示すブロック図。

【図１４】 図１３の動作説明図。

【符号の説明】

１ ケース ２ コイル部 ２Ｘ，２Ｙ 所定方向に沿う検出コイル部 ２１〜２４ ２次コイル ３ 磁気応答部材 ３ａ 鋼球 ４０ ディジタル位相検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤津 伸行 東京都東大和市新堀２−1453−43 (72)発明者 坂元 和也 東京都羽村市川崎１丁目１番５号、ＭＡＣ 羽村コートＩＩ−405 (72)発明者 坂本 宏 埼玉県川越市山田896−８ (72)発明者 山本 明男 東京都国立市西１−13−29 ＫＭハイツ 101

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 曲面形状の下面を少なくとも有する非磁
   性体からなるケースと、 該ケース内において重力に従って移動自在に収納された
   磁気応答部材と、 前記ケースの少なくとも前記下面において所定の配置で
   設置され、前記磁気応答部材の相対的位置に応答した誘
   導出力信号を生じるコイル部とを備え、前記ケースに外
   部より加えられる動きに応じて該ケースを転動又は揺動
   又は傾斜させ、このケースの動きに応じて前記磁気応答
   部材が該ケース内で相対的に変位し、この変位に応じて
   前記コイル部に生じる誘導出力信号が変化し、前記外部
   より加えられる動きに応じた前記ケースの変位を検知す
   ることを特徴とする球体センサ。
2. 【請求項２】 前記ケースは全体が球体からなる請求項
   １に記載の球体センサ。
3. 【請求項３】 前記ケースは部分球体からなる請求項１
   に記載の球体センサ。
4. 【請求項４】 前記磁気応答部材は、球体からなるもの
   である請求項１乃至３のいずかに記載の球体センサ。
5. 【請求項５】 前記磁気応答部材は、磁性流体からなる
   ものである請求項１乃至３のいずかに記載の球体セン
   サ。
6. 【請求項６】 前記磁気応答部材は、磁性粉体からなる
   ものである請求項１乃至３のいずかに記載の球体セン
   サ。
7. 【請求項７】 前記磁気応答部材は、固体の磁気応答部
   材と磁性流体又は磁性粉体を含むものである請求項１乃
   至３のいずかに記載の球体センサ。
8. 【請求項８】 前記コイル部は、第１の方向に沿って配
   置された複数の極を含んでいて、各極は１次及び２次コ
   イルによる電磁誘導結合を有している第１の検出コイル
   部と、前記第１の方向に直交する第２の方向に沿って配
   置された複数の極を含んでいて、各極は１次及び２次コ
   イルによる電磁誘導結合を有している第２の検出コイル
   部とを具備してなり、前記磁気応答部材の相対的位置に
   応じたＸ軸成分位置検出信号とＹ軸成分位置検出信号と
   を前記第１及び第２の検出コイル部から夫々出力するこ
   とを特徴とする請求項１乃至７のいずかに記載の球体セ
   ンサ。
9. 【請求項９】 請求項８に記載された前記球体センサ
   と、 該球体センサから出力される前記Ｘ軸成分位置検出信号
   とＹ軸成分位置検出信号とに基づきカーソルＸ軸駆動信
   号とカーソルＹ軸駆動信号を形成する回路とを具えた球
   体状マウス。