回転方向検出手段
【課題】本発明は、回転の向きが検出できる回転方向検出手段を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の回転方向検出手段は、第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂが直線状に配置されたＸ軸検出部８と、第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄが直線状に配置されたＹ軸検出部９とを有し、さらに、前記第１のセンサ部１１ａで得られた信号と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部１１ｃで得られた信号と第４のセンサ部１１ｄで得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えたものである。
【解決手段】本発明の回転方向検出手段は、第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂが直線状に配置されたＸ軸検出部８と、第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄが直線状に配置されたＹ軸検出部９とを有し、さらに、前記第１のセンサ部１１ａで得られた信号と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部１１ｃで得られた信号と第４のセンサ部１１ｄで得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供するための回転方向検出手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回転方向検出手段は、磁性材料からなる内部コアの全周面に実質的に等間隔に位置する凸部または凹部を設けたボールと、互いに９０度の角度位置にある２つの磁気コアセンサと、前記ボールが回転したとき、ボールの凸部または凹部によって生じた磁場変化を磁気コアセンサで検出する手段と、前記磁気コアセンサで検出された信号によってボールの回転を検出する手段とを備えていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平８−２４９１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の回転方向検出手段の構成では、ボール（回転部材）の回転方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）は検出できるが、磁気コアセンサが２つしか設けられていないため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の回転それぞれに対して１つの磁気コアセンサでしか出力を検出できず、その結果、回転の向き（ボールを横から見て時計回りまたは反時計回り）が検出できないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、回転の向きが検出できる回転方向検出手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転可能な回転部材と、この回転部材と所定の距離をおいて配置された検出部とを備え、前記検出部は、前記回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えたもので、この回転方向検出手段によれば、回転部材がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部を構成する第１、第２のセンサ部はそれぞれ配列順に順次出力することになるため、第１のセンサ部で出力される信号と第２の出力部で出力される信号には時間差が生じることになり、これにより、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部を構成する第３、第４のセンサ部からは同時に出力されることになるため、第３のセンサ部で出力される信号と第４の出力部で出力される信号に時間差が生じることはなく、これにより、第２の検出手段において第３のセンサ部と第４のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段においては、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号には位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部で得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材の回転方向と回転の向きが検出できるという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明の回転方向検出手段は、回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えているため、回転部材がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部を構成する第１、第２のセンサ部はそれぞれ配列順に順次出力することになり、これにより、第１のセンサ部で出力される信号と第２の出力部で出力される信号には時間差が生じるため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部を構成する第３、第４のセンサ部からは同時に出力されることになり、これにより、第３のセンサ部で出力される信号と第４の出力部で出力される信号に時間差が生じることはなくなるため、第２の検出手段において第３のセンサ部と第４のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段において、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部で得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材の回転方向と回転の向きが検出できるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態における回転方向検出手段について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の正面図である。
【００１１】
本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いられる入力装置は、図１に示すように、回転部材１と、この回転部材１の下方において、回転部材１と所定の距離をおいて配置された検出部２とからなるものである。
【００１２】
前記回転部材１は、球状または多面体状に構成され、そして、前記検出部２に垂直なＺ方向と直交し、かつ回転部材１の中心を通り、さらに互いに直交するＸ軸方向またはＹ軸方向に自由に回転できるように保持されている。
【００１３】
また、この回転部材１は、回転することにより異なる光の強さ、静電容量、電流値、磁界の強さ等を外部に与えるようになっている。例えば、異なる光の強さを外部に与えるようにするには、回転部材１の表面に光を反射する部分と反射しない部分を交互に形成し、回転部材１の表面に光を当て、この反射光を光センサで検出するようにすればよい。
【００１４】
以下、異なる磁界の強さを外部に与えるものを例にし、本発明の回転方向検出手段について説明する。
【００１５】
図２は回転部材１の内部の正面図である。
【００１６】
図２に示すように、回転部材１の内部には、その先端部が外方に向かって延出する複数の磁性体で構成されたピン３が形成されている。また、一方の極が検出部２の回転部材１が形成された側に、他方の極が検出部２の回転部材１が形成されていない側にそれぞれ位置するように磁石（図示せず）を外部に形成しているもので、このような構成とすることにより、ピン３が外部の磁石からの磁界を取り込むため、この取り込まれた磁界を検出部２に対して略垂直方向に印加することができる。
【００１７】
そして、ピン３に取り込まれた磁界によって検出部２が受ける磁界の強さは、ピン３が検出部２に近づいたとき強くなり、ピン３が検出部２から遠ざかったとき（隣接する２つのピン３の中間部分が検出部２に近づいたとき）弱くなるものである。このように、回転部材１が回転することによりピン３が異なる強さの（強弱の）磁界を外部に与えるようになっている。
【００１８】
なお、強弱の磁界を外部に与えるためには、上述したように回転部材１に複数のピン３を設けるようにするだけでなく、これ以外に、例えば磁性体で構成された回転部材１の表面形状を凹凸状に構成してもよく、さらにはピン３自体を磁石で構成し、そしてこのピン３で発生した磁界を検出部２に印加するようにしてもよい。
【００１９】
前記検出部２は、回転部材１の下方に所定の距離をおいて配置される基板４と、この基板４の上面に形成された第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１〜第８の電極７ａ〜７ｈとで構成されているものである。
【００２０】
以下、図３、図４を参照しながら、第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１〜第８の電極７ａ〜７ｈのそれぞれの関係について説明する。なお、図３は本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の回路パターンの模式図、図４は同入力装置の回路パターン図を示す。
【００２１】
前記第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈは、ＧＭＲ素子で構成されているもので、回転部材１が回転し、ピン３から与えられた磁界の変化に応じて抵抗値が変化するようになっている。
【００２２】
また、これらの第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈのうち、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、直線状に配置されてＸ軸検出部８を構成し、一方、第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、直線状に配置されてＹ軸検出部９を構成している。
【００２３】
さらに、この第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈのパターンは図５に示すような蛇行状となっているもので、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、その長手方向がＸ軸方向と平行になり、かつ第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、その長手方向がＹ軸方向と平行になっている。
【００２４】
なお、前記第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈはＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）やホール素子で構成してもよいが、ＭＲ素子は電流方向と磁界の向きが直交する場合のみ抵抗値が変化するため、ＭＲ素子を使用する場合は、その長手方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向とそれぞれ直交させる必要がある。これに対し、ＧＭＲ素子は電流方向と磁界の向きが平行でも抵抗値が変化するため、その必要はない。さらに、ＧＭＲ素子の抵抗値変化率はＭＲ素子の抵抗値変化率に対して数倍大きいため、磁気センサとしてＧＭＲ素子を使用すれば、非常に有利となるものである。
【００２５】
そして、前記Ｘ軸検出部８における第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向と、Ｙ軸検出部９における第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向は互いに直交させている。
【００２６】
そしてまた、前記Ｘ軸検出部８は、Ｙ軸検出部９が配置されている箇所を第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向に伸ばした線に対して片側のみに形成し、かつ前記Ｙ軸検出部９は、Ｘ軸検出部８が配置されている箇所を第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向に伸ばした線に対して片側のみに形成しているもので、すなわち、図３に示すように、Ｘ軸検出部８を構成する第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、Ｙ軸検出部９の配置されている箇所を第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向に伸ばした線に対して右側のみに位置し、かつＹ軸検出部９を構成する第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、Ｘ軸検出部８の配置されている箇所を第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向に伸ばした線に対して左側のみに位置している。
【００２７】
この場合、前記Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９との関係は、十字状やＴ字状ではなく、Ｌ字状になっているもので、このとき、Ｘ軸検出部８、Ｙ軸検出部９は回転部材１の中心から基板４に垂線を下ろした際の交点である中心点１０よりずれた位置に配置されている。
【００２８】
そしてまた、前記Ｘ軸検出部８においては、第２の磁気センサ５ｂを第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄとの間に位置させるとともに、第３の磁気センサ５ｃを第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂとの間に位置させているもので、すなわち、第１の磁気センサ５ａ、第３の磁気センサ５ｃ、第２の磁気センサ５ｂ、第４の磁気センサ５ｄの順に並んでいるものである。なお、この順番は、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄをこの順番に位置させてもよい。
【００２９】
さらに、前記Ｙ軸検出部９においても、上記と同様に、第６の磁気センサ５ｆを第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈとの間に位置させるとともに、第７の磁気センサ５ｇを第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆとの間に位置させて、第５の磁気センサ５ｅ、第７の磁気センサ５ｇ、第６の磁気センサ５ｆ、第８の磁気センサ５ｈの順に並ぶようにしているものである。なお、この順番は、第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈをこの順番に位置させてもよい。
【００３０】
また、前記第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂは、図３に示すように直列に接続され、かつこれらの間に前記第１の出力部６ａが接続されている。そしてまた、第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄも直列に接続され、かつこれらの間に前記第２の出力部６ｂが接続されている。さらに、第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆも直列に接続され、かつこれらの間に前記第３の出力部６ｃが接続されている。さらにまた、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈも直列に接続され、かつこれらの間に前記第４の出力部６ｄが接続されている。そしてまた、前記第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第１、第２の電極７ａ，７ｂを設け、かつ第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第３、第４の電極７ｃ，７ｄを設け、さらに第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第５、第６の電極７ｅ，７ｆを設け、さらにまた、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第７、第８の電極７ｇ，７ｈを設けているものである。
【００３１】
上記した構成とすることにより、例えば第１、第３、第５、第７の電極７ａ，７ｃ，７ｅ，７ｇをグランドとして、第２、第４、第６、第８の電極７ｂ，７ｄ，７ｆ，７ｈに所定の電圧を印加すれば、上記直列回路にそれぞれ電位差を与えることができる。
【００３２】
なお、前記検出部２を構成する第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１の電極７ａ、第２の電極７ｂは、すべて基板４上の同一面に形成されているもので、特に、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９は同一平面上に形成されているため、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９を別個に設ける必要はなく、同時に設けることができ、これにより、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９との位置関係を精度良くすることができ、さらに、実装性および生産性が向上するものである。
【００３３】
次に、本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の動作について説明する。
【００３４】
図６はピン３の動きとＧＭＲ素子で構成された磁気センサ５が受ける磁界の向きとの関係を示す図である。なお、図中の矢印は磁界の方向を示す。
【００３５】
図６において、回転部材の回転に伴ってピン３が左から右に移動しているとき、左側のようにピン３と磁気センサ５との距離が大きい（ピン３と右側に隣接する他のピン（図示せず）との中間部分に磁気センサ５が位置する）場合は、他のピンの影響により、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分はゼロとなる。次に、ピン３が右に少し移動すると、磁気センサ５が回転部材の中心点１０よりずれていることから、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が少し発生する。さらに、ピン３が右に少し移動すると、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が最大となり、そして、ピン３がさらに右に移動すると、左側に隣接するピン（図示せず）の影響により、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が再びゼロになるものである。
【００３６】
このような磁気センサ５に対する磁界の右向き成分の変動により、磁気センサ５の抵抗値が変化する。
【００３７】
図７はピン３の動きと第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂを示す図、図８は図７において第１、第２の電極７ａ，７ｂ間に所定の電位を印加したときの第１の出力部６ａから出力される信号を示す図である。
【００３８】
図７において、矢印の向きにピン３が移動する（回転部材が回転する）と、第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂはともに上記したような抵抗値変化を起こすが、ピン３による磁界の影響を、第２の磁気センサ５ｂが第１の磁気センサ５ａより後に受けるため、第１の磁気センサ５ａの抵抗値と第２の磁気センサ５ｂの抵抗値に差が生じることになり、これにより、第１、第２の電極７ａ，７ｂ間に所定の電位を印加すると、第１の出力部６ａから出力される信号（電位）は、図８に示すような正弦波となる。なお、図８において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００３９】
このように、第１の出力部６ａは、回転部材１の回転に伴う磁界の強さの変化に応じた信号を出力する。すなわち、第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂを第１のセンサ部１１ａとしたときは、この第１のセンサ部１１ａは、回転部材１の回転に対応した信号を第１の出力部６ａから出力する。
【００４０】
また、上記と同様に、第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄを第２のセンサ部１１ｂとしたときは、この第２のセンサ部１１ｂは、回転部材１の回転に対応した信号を第２の出力部６ｂから出力し、そしてまた、第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆを第３のセンサ部１１ｃとしたときは、この第３のセンサ部１１ｃは、回転部材１の回転に対応した信号を第３の出力部６ｃから出力し、さらに、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈを第４のセンサ部１１ｄとしたときは、この第４のセンサ部１１ｄは、回転部材１の回転に対応した信号を第４の出力部６ｄから出力する。
【００４１】
次に、第１の検出手段について説明する。
【００４２】
この第１の検出手段では、第１のセンサ部１１ａで得られた信号（第１の出力部６ａから発生する信号）と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号（第２の出力部６ｂから発生する信号）の２つの信号の位相差情報を検出する。
【００４３】
図９は同入力装置におけるピン３の動きとＸ軸検出部８を示す図、図１０は図９において第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４４】
図９において、矢印の向きにピン３が移動する（回転部材がＸ軸方向に回転する、すなわち、Ｙ軸方向と平行な軸を回転軸として回転する）と、ピン３による磁界の影響を、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄからなる第２のセンサ部１１ｂは、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂからなる第１のセンサ部１１ａより後に受けるため、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂが抵抗値変化を起こした後で、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄが抵抗値変化を起こし、これにより、第１のセンサ部１１ａで得られる信号（電位）より第２のセンサ部１１ｂで得られる信号（電位）が遅れ、図１０に示すように、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２（以下、実線で示す）と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３（以下、破線で示す）とで位相差が生じる。なお、図１０において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００４５】
また、図１１は図９において矢印の向きと逆方向にピン３が移動したときの第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４６】
図９において、矢印の向きと逆方向にピン３が移動すると、ピン３による磁界の影響を、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂからなる第１のセンサ部１１ａは、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄからなる第２のセンサ部１１ｂより後で影響を受けるため、第１のセンサ部１１ａで得られる信号と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号は、図１１に示すように、第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３より第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２が遅れる。なお、図１１において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００４７】
さらに、図１２はＸ軸検出部８に対して左側においてピンが移動するときのピン３の動きとＸ軸検出部８を示す図、図１３は図１２における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４８】
図３に示したように、Ｘ軸検出部８はＹ軸検出部９における第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈ（第３のセンサ部１１ｃ、第４のセンサ部１１ｄ）の配置方向に対して右側のみに形成されているため、回転部材１がＹ軸方向に回転する場合は、図１２に示すように、Ｘ軸検出部８に対して左側に、矢印の向きにピン３が移動する。そして、ピン３から受ける磁界は、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄ（第１のセンサ部１１ａ、第２のセンサ部１１ｂ）のすべてに同時に印加されるため、磁界の影響を他より遅く受ける磁気センサ５はなく、これにより、その信号は図１２に示すように、位相差が発生しない。
【００４９】
この場合、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂが第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄよりピン３に近いため、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２が第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３より強く（電圧が大きく）なっている。
【００５０】
なお、ピン３は中心点１０を通らず、Ｘ軸検出部８の上を通る場合も考えられるが、これにおいては、位相差が発生する回数は僅かであり、回転方向の検出に影響を与えることはほとんどないものである。
【００５１】
上記図９〜図１３において説明したような動作原理により、Ｘ軸方向に回転部材１が回転すれば、Ｘ軸検出部８における第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂで得られる２つの信号に位相差が生じ、一方、Ｙ軸方向に回転部材１が回転すれば、Ｘ軸検出部８における第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂで得られる信号に位相差は生じない。これはＹ軸検出部９についても同様である。
【００５２】
上述したように、第１の検出手段においては、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３の位相差を検出することができ、さらに、信号１２と信号１３のどちらが遅れているかを検出することができるもので、この結果から、回転部材１がＸ軸方向に回転しているかどうか、Ｘ軸方向に回転している場合、どちらの向きに回転しているかを検出することができるものである。ここで、回転の向きとは、回転部材１を検出部２と平行な方向から見て、時計回りの回転または反時計回りの回転をいう。
【００５３】
また、第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号の位相差情報を検出する第２の検出手段も、上記と同様に、第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号の位相差を検出することができ、さらに、これらの２つの信号のどちらが遅れているかを検出することができるもので、この結果、回転部材１がＹ軸方向に回転しているかどうか、Ｙ軸方向に回転している場合、どちらの向きに回転しているかを検出することができるものである。
【００５４】
そして、位相差が発生したとき、その位相差の回数を検出して、回転部材１のＸ軸方向またはＹ軸方向への移動量を検出する。
【００５５】
次に、第３の検出手段について説明する。
【００５６】
図１４はＹ軸方向に回転部材１が回転した（矢印の向きにピン３が移動した）場合のピン３の動きとＸ軸検出部８、Ｙ軸検出部９を示す図である。また、図１５は図１４におけるＹ軸検出部９の第３の出力部６ｃから出力される信号１４と第４の出力部６ｄから出力される信号１５を示す図、図１６は図１４におけるＸ軸検出部８の第１の出力部６ａから出力される信号１２と第２の出力部６ｂから出力される信号１３を示す図である。
【００５７】
このときのＹ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号１４と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号１５を図１５に示し、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を図１６に示す。そして、図１５、図１６において、それぞれ上の波形は実際の信号、下の波形はその信号を矩形波に変換したときの信号を示す。また、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００５８】
このとき、正弦波における信号（電圧）の最大値と最小値の中間の値を基準値として、この基準値より大きい部分を大きく、基準値より小さい部分を小さくした矩形波に変換している。矩形波に変換すれば、基準値に対する２つの信号の大小の関係を検出するのが容易となるため、２つの信号の位相差を容易に検出できる。
【００５９】
図１５、図１６から明らかなように、Ｙ軸方向に回転部材１が回転すると、Ｙ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号１４と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号１５とには位相差が発生するが、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３とには図１５のような位相差は発生しない。そして、信号１５が信号１４より遅く出力されるものである。
【００６０】
このとき、Ｘ軸検出部８、Ｙ軸検出部９においてそれぞれ得られた位相差の回数を検出する。
【００６１】
さらに、矢印の向きと逆方向にピン３が移動すると、図８〜図１０において説明したように、信号１４が信号１５より遅く出力される。そして、ピン３の移動方向が逆方向というのは（回転部材１が同じＹ軸方向に回転しても）、回転部材１の回転の向きが異なることをいう。例えば、図１４においては、紙面を右手側から見て、回転部材１が時計回りに回転する場合と、反時計回りに回転する場合があり、両者の回転の向きは異なる。したがって、回転部材１の回転の向きを検出できる。
【００６２】
なお、ピン３が中心点１０を通らない場合があるため、図１６において必ずしも図１２に示した波形が検出されるわけではなく、また、図１５において最大値が小さくなることもある。
【００６３】
そして、第３の検出手段においては、第１の検出手段で、第２の検出手段のそれぞれで得られた位相差情報により、回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する。すなわち、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号との間で発生した位相差の回数と、Ｙ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号との間で発生した位相差の回数をそれぞれ検出し、回転部材１がＸ軸方向に回転した移動量とＹ軸方向に回転した移動量を検出する。さらに、位相差が発生したことを検出した場合、２つの信号のうちどちらの信号に遅れが生じたかを検出することによって、回転の向きを検出する。
【００６４】
このとき、図１６に示すように、Ｘ軸検出部８における位相差がゼロの場合は、回転部材１がＹ軸方向に回転していることがわかる。
【００６５】
また、回転部材１の回転方向が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に対して斜めの場合、第１の検出手段で得られた位相差の単位時間当たりの回数と第２の検出手段で得られた位相差の単位時間当たりの回数の比を第３の検出手段で検出することによってその角度を検出する。
【００６６】
上記した本発明の一実施の形態においては、回転部材１の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部１１ａ〜１１ｄと、前記第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂが直線状に配置されたＸ軸検出部８と、前記第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄが直線状に配置されたＹ軸検出部９とを有し、さらに、前記第１のセンサ部１１ａで得られた信号と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部１１ｃで得られた信号と第４のセンサ部１１ｄで得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えているため、回転部材１がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部８を構成する第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂはそれぞれ配列順に順次出力することになり、これにより、第１のセンサ部１１ａで出力される信号と第２のセンサ部１１ｂで出力される信号には時間差が生じるため、第１の検出手段において第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂでそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部９を構成する第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄからは同時に出力されることになり、これにより、第３のセンサ部１１ｃで出力される信号と第４の出力部１１ｄで出力される信号に時間差が生じることはなくなるため、第２の検出手段において第３のセンサ部１１ｃと第４のセンサ部１１ｄでそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段において、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材１がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材１がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂでそれぞれ得られた信号に位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂで得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材１がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材１の回転方向と回転の向きが検出できるという効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る回転方向検出方法は、回転の向きが検出できるという効果を有するものであり、特にユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供するための回転方向検出手段等において有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の正面図
【図２】同入力装置に使用される回転部材の内部の正面図
【図３】同入力装置の回路パターンの模式図
【図４】同入力装置の回路パターン図
【図５】同入力装置における第１〜第８の磁気センサのパターンを示す図
【図６】同入力装置におけるピンの動きと磁気センサが受ける磁界の強さとの関係を示す図
【図７】同入力装置におけるピンの動きと第１の磁気センサ、第２の磁気センサを示す図
【図８】図７において第１、第２の電極間に所定の電位を印加したときの第１の出力部から出力される信号を示す図
【図９】同入力装置におけるピンの動きとＸ軸検出部を示す図
【図１０】図９において第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１１】図９において矢印の向きと逆方向にピンが移動したときの第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１２】同入力装置におけるＸ軸検出部に対して左側においてピンが移動するときのピンの動きとＸ軸検出部を示す図
【図１３】図１２における第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１４】同入力装置におけるＹ軸方向に回転部材が回転した場合のピンの動きとＸ軸検出部、Ｙ軸検出部を示す図
【図１５】図１４における第３のセンサ部で得られる信号と第４のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１６】図１４における第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１ 回転部材
２ 検出部
８ Ｘ軸検出部
９ Ｙ軸検出部
１１ａ〜１１ｄ 第１〜第４のセンサ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供するための回転方向検出手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回転方向検出手段は、磁性材料からなる内部コアの全周面に実質的に等間隔に位置する凸部または凹部を設けたボールと、互いに９０度の角度位置にある２つの磁気コアセンサと、前記ボールが回転したとき、ボールの凸部または凹部によって生じた磁場変化を磁気コアセンサで検出する手段と、前記磁気コアセンサで検出された信号によってボールの回転を検出する手段とを備えていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【特許文献１】特開平８−２４９１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来の回転方向検出手段の構成では、ボール（回転部材）の回転方向（Ｘ軸方向またはＹ軸方向）は検出できるが、磁気コアセンサが２つしか設けられていないため、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向の回転それぞれに対して１つの磁気コアセンサでしか出力を検出できず、その結果、回転の向き（ボールを横から見て時計回りまたは反時計回り）が検出できないという課題を有していた。
【０００５】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、回転の向きが検出できる回転方向検出手段を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転可能な回転部材と、この回転部材と所定の距離をおいて配置された検出部とを備え、前記検出部は、前記回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えたもので、この回転方向検出手段によれば、回転部材がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部を構成する第１、第２のセンサ部はそれぞれ配列順に順次出力することになるため、第１のセンサ部で出力される信号と第２の出力部で出力される信号には時間差が生じることになり、これにより、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部を構成する第３、第４のセンサ部からは同時に出力されることになるため、第３のセンサ部で出力される信号と第４の出力部で出力される信号に時間差が生じることはなく、これにより、第２の検出手段において第３のセンサ部と第４のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段においては、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号には位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部で得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材の回転方向と回転の向きが検出できるという作用効果が得られるものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように本発明の回転方向検出手段は、回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えているため、回転部材がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部を構成する第１、第２のセンサ部はそれぞれ配列順に順次出力することになり、これにより、第１のセンサ部で出力される信号と第２の出力部で出力される信号には時間差が生じるため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部を構成する第３、第４のセンサ部からは同時に出力されることになり、これにより、第３のセンサ部で出力される信号と第４の出力部で出力される信号に時間差が生じることはなくなるため、第２の検出手段において第３のセンサ部と第４のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段において、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部と第２のセンサ部でそれぞれ得られた信号に位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部と第２のセンサ部で得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材の回転方向と回転の向きが検出できるという優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の一実施の形態における回転方向検出手段について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
図１は本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の正面図である。
【００１１】
本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いられる入力装置は、図１に示すように、回転部材１と、この回転部材１の下方において、回転部材１と所定の距離をおいて配置された検出部２とからなるものである。
【００１２】
前記回転部材１は、球状または多面体状に構成され、そして、前記検出部２に垂直なＺ方向と直交し、かつ回転部材１の中心を通り、さらに互いに直交するＸ軸方向またはＹ軸方向に自由に回転できるように保持されている。
【００１３】
また、この回転部材１は、回転することにより異なる光の強さ、静電容量、電流値、磁界の強さ等を外部に与えるようになっている。例えば、異なる光の強さを外部に与えるようにするには、回転部材１の表面に光を反射する部分と反射しない部分を交互に形成し、回転部材１の表面に光を当て、この反射光を光センサで検出するようにすればよい。
【００１４】
以下、異なる磁界の強さを外部に与えるものを例にし、本発明の回転方向検出手段について説明する。
【００１５】
図２は回転部材１の内部の正面図である。
【００１６】
図２に示すように、回転部材１の内部には、その先端部が外方に向かって延出する複数の磁性体で構成されたピン３が形成されている。また、一方の極が検出部２の回転部材１が形成された側に、他方の極が検出部２の回転部材１が形成されていない側にそれぞれ位置するように磁石（図示せず）を外部に形成しているもので、このような構成とすることにより、ピン３が外部の磁石からの磁界を取り込むため、この取り込まれた磁界を検出部２に対して略垂直方向に印加することができる。
【００１７】
そして、ピン３に取り込まれた磁界によって検出部２が受ける磁界の強さは、ピン３が検出部２に近づいたとき強くなり、ピン３が検出部２から遠ざかったとき（隣接する２つのピン３の中間部分が検出部２に近づいたとき）弱くなるものである。このように、回転部材１が回転することによりピン３が異なる強さの（強弱の）磁界を外部に与えるようになっている。
【００１８】
なお、強弱の磁界を外部に与えるためには、上述したように回転部材１に複数のピン３を設けるようにするだけでなく、これ以外に、例えば磁性体で構成された回転部材１の表面形状を凹凸状に構成してもよく、さらにはピン３自体を磁石で構成し、そしてこのピン３で発生した磁界を検出部２に印加するようにしてもよい。
【００１９】
前記検出部２は、回転部材１の下方に所定の距離をおいて配置される基板４と、この基板４の上面に形成された第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１〜第８の電極７ａ〜７ｈとで構成されているものである。
【００２０】
以下、図３、図４を参照しながら、第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１〜第８の電極７ａ〜７ｈのそれぞれの関係について説明する。なお、図３は本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の回路パターンの模式図、図４は同入力装置の回路パターン図を示す。
【００２１】
前記第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈは、ＧＭＲ素子で構成されているもので、回転部材１が回転し、ピン３から与えられた磁界の変化に応じて抵抗値が変化するようになっている。
【００２２】
また、これらの第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈのうち、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、直線状に配置されてＸ軸検出部８を構成し、一方、第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、直線状に配置されてＹ軸検出部９を構成している。
【００２３】
さらに、この第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈのパターンは図５に示すような蛇行状となっているもので、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、その長手方向がＸ軸方向と平行になり、かつ第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、その長手方向がＹ軸方向と平行になっている。
【００２４】
なお、前記第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈはＭＲ素子（磁気抵抗効果素子）やホール素子で構成してもよいが、ＭＲ素子は電流方向と磁界の向きが直交する場合のみ抵抗値が変化するため、ＭＲ素子を使用する場合は、その長手方向をＸ軸方向、Ｙ軸方向とそれぞれ直交させる必要がある。これに対し、ＧＭＲ素子は電流方向と磁界の向きが平行でも抵抗値が変化するため、その必要はない。さらに、ＧＭＲ素子の抵抗値変化率はＭＲ素子の抵抗値変化率に対して数倍大きいため、磁気センサとしてＧＭＲ素子を使用すれば、非常に有利となるものである。
【００２５】
そして、前記Ｘ軸検出部８における第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向と、Ｙ軸検出部９における第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向は互いに直交させている。
【００２６】
そしてまた、前記Ｘ軸検出部８は、Ｙ軸検出部９が配置されている箇所を第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向に伸ばした線に対して片側のみに形成し、かつ前記Ｙ軸検出部９は、Ｘ軸検出部８が配置されている箇所を第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向に伸ばした線に対して片側のみに形成しているもので、すなわち、図３に示すように、Ｘ軸検出部８を構成する第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄは、Ｙ軸検出部９の配置されている箇所を第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈの配置方向に伸ばした線に対して右側のみに位置し、かつＹ軸検出部９を構成する第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈは、Ｘ軸検出部８の配置されている箇所を第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄの配置方向に伸ばした線に対して左側のみに位置している。
【００２７】
この場合、前記Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９との関係は、十字状やＴ字状ではなく、Ｌ字状になっているもので、このとき、Ｘ軸検出部８、Ｙ軸検出部９は回転部材１の中心から基板４に垂線を下ろした際の交点である中心点１０よりずれた位置に配置されている。
【００２８】
そしてまた、前記Ｘ軸検出部８においては、第２の磁気センサ５ｂを第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄとの間に位置させるとともに、第３の磁気センサ５ｃを第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂとの間に位置させているもので、すなわち、第１の磁気センサ５ａ、第３の磁気センサ５ｃ、第２の磁気センサ５ｂ、第４の磁気センサ５ｄの順に並んでいるものである。なお、この順番は、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄをこの順番に位置させてもよい。
【００２９】
さらに、前記Ｙ軸検出部９においても、上記と同様に、第６の磁気センサ５ｆを第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈとの間に位置させるとともに、第７の磁気センサ５ｇを第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆとの間に位置させて、第５の磁気センサ５ｅ、第７の磁気センサ５ｇ、第６の磁気センサ５ｆ、第８の磁気センサ５ｈの順に並ぶようにしているものである。なお、この順番は、第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈをこの順番に位置させてもよい。
【００３０】
また、前記第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂは、図３に示すように直列に接続され、かつこれらの間に前記第１の出力部６ａが接続されている。そしてまた、第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄも直列に接続され、かつこれらの間に前記第２の出力部６ｂが接続されている。さらに、第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆも直列に接続され、かつこれらの間に前記第３の出力部６ｃが接続されている。さらにまた、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈも直列に接続され、かつこれらの間に前記第４の出力部６ｄが接続されている。そしてまた、前記第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第１、第２の電極７ａ，７ｂを設け、かつ第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第３、第４の電極７ｃ，７ｄを設け、さらに第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第５、第６の電極７ｅ，７ｆを設け、さらにまた、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈの直列回路の両端には、この両端間に電位差を与える第７、第８の電極７ｇ，７ｈを設けているものである。
【００３１】
上記した構成とすることにより、例えば第１、第３、第５、第７の電極７ａ，７ｃ，７ｅ，７ｇをグランドとして、第２、第４、第６、第８の電極７ｂ，７ｄ，７ｆ，７ｈに所定の電圧を印加すれば、上記直列回路にそれぞれ電位差を与えることができる。
【００３２】
なお、前記検出部２を構成する第１〜第８の磁気センサ５ａ〜５ｈ、第１〜第４の出力部６ａ〜６ｄ、第１の電極７ａ、第２の電極７ｂは、すべて基板４上の同一面に形成されているもので、特に、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９は同一平面上に形成されているため、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９を別個に設ける必要はなく、同時に設けることができ、これにより、Ｘ軸検出部８とＹ軸検出部９との位置関係を精度良くすることができ、さらに、実装性および生産性が向上するものである。
【００３３】
次に、本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の動作について説明する。
【００３４】
図６はピン３の動きとＧＭＲ素子で構成された磁気センサ５が受ける磁界の向きとの関係を示す図である。なお、図中の矢印は磁界の方向を示す。
【００３５】
図６において、回転部材の回転に伴ってピン３が左から右に移動しているとき、左側のようにピン３と磁気センサ５との距離が大きい（ピン３と右側に隣接する他のピン（図示せず）との中間部分に磁気センサ５が位置する）場合は、他のピンの影響により、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分はゼロとなる。次に、ピン３が右に少し移動すると、磁気センサ５が回転部材の中心点１０よりずれていることから、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が少し発生する。さらに、ピン３が右に少し移動すると、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が最大となり、そして、ピン３がさらに右に移動すると、左側に隣接するピン（図示せず）の影響により、磁気センサ５に対する磁界の右向き成分が再びゼロになるものである。
【００３６】
このような磁気センサ５に対する磁界の右向き成分の変動により、磁気センサ５の抵抗値が変化する。
【００３７】
図７はピン３の動きと第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂを示す図、図８は図７において第１、第２の電極７ａ，７ｂ間に所定の電位を印加したときの第１の出力部６ａから出力される信号を示す図である。
【００３８】
図７において、矢印の向きにピン３が移動する（回転部材が回転する）と、第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂはともに上記したような抵抗値変化を起こすが、ピン３による磁界の影響を、第２の磁気センサ５ｂが第１の磁気センサ５ａより後に受けるため、第１の磁気センサ５ａの抵抗値と第２の磁気センサ５ｂの抵抗値に差が生じることになり、これにより、第１、第２の電極７ａ，７ｂ間に所定の電位を印加すると、第１の出力部６ａから出力される信号（電位）は、図８に示すような正弦波となる。なお、図８において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００３９】
このように、第１の出力部６ａは、回転部材１の回転に伴う磁界の強さの変化に応じた信号を出力する。すなわち、第１の磁気センサ５ａと第２の磁気センサ５ｂを第１のセンサ部１１ａとしたときは、この第１のセンサ部１１ａは、回転部材１の回転に対応した信号を第１の出力部６ａから出力する。
【００４０】
また、上記と同様に、第３の磁気センサ５ｃと第４の磁気センサ５ｄを第２のセンサ部１１ｂとしたときは、この第２のセンサ部１１ｂは、回転部材１の回転に対応した信号を第２の出力部６ｂから出力し、そしてまた、第５の磁気センサ５ｅと第６の磁気センサ５ｆを第３のセンサ部１１ｃとしたときは、この第３のセンサ部１１ｃは、回転部材１の回転に対応した信号を第３の出力部６ｃから出力し、さらに、第７の磁気センサ５ｇと第８の磁気センサ５ｈを第４のセンサ部１１ｄとしたときは、この第４のセンサ部１１ｄは、回転部材１の回転に対応した信号を第４の出力部６ｄから出力する。
【００４１】
次に、第１の検出手段について説明する。
【００４２】
この第１の検出手段では、第１のセンサ部１１ａで得られた信号（第１の出力部６ａから発生する信号）と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号（第２の出力部６ｂから発生する信号）の２つの信号の位相差情報を検出する。
【００４３】
図９は同入力装置におけるピン３の動きとＸ軸検出部８を示す図、図１０は図９において第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４４】
図９において、矢印の向きにピン３が移動する（回転部材がＸ軸方向に回転する、すなわち、Ｙ軸方向と平行な軸を回転軸として回転する）と、ピン３による磁界の影響を、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄからなる第２のセンサ部１１ｂは、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂからなる第１のセンサ部１１ａより後に受けるため、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂが抵抗値変化を起こした後で、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄが抵抗値変化を起こし、これにより、第１のセンサ部１１ａで得られる信号（電位）より第２のセンサ部１１ｂで得られる信号（電位）が遅れ、図１０に示すように、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２（以下、実線で示す）と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３（以下、破線で示す）とで位相差が生じる。なお、図１０において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００４５】
また、図１１は図９において矢印の向きと逆方向にピン３が移動したときの第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４６】
図９において、矢印の向きと逆方向にピン３が移動すると、ピン３による磁界の影響を、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂからなる第１のセンサ部１１ａは、第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄからなる第２のセンサ部１１ｂより後で影響を受けるため、第１のセンサ部１１ａで得られる信号と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号は、図１１に示すように、第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３より第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２が遅れる。なお、図１１において、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００４７】
さらに、図１２はＸ軸検出部８に対して左側においてピンが移動するときのピン３の動きとＸ軸検出部８を示す図、図１３は図１２における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を示す図である。
【００４８】
図３に示したように、Ｘ軸検出部８はＹ軸検出部９における第５〜第８の磁気センサ５ｅ〜５ｈ（第３のセンサ部１１ｃ、第４のセンサ部１１ｄ）の配置方向に対して右側のみに形成されているため、回転部材１がＹ軸方向に回転する場合は、図１２に示すように、Ｘ軸検出部８に対して左側に、矢印の向きにピン３が移動する。そして、ピン３から受ける磁界は、第１〜第４の磁気センサ５ａ〜５ｄ（第１のセンサ部１１ａ、第２のセンサ部１１ｂ）のすべてに同時に印加されるため、磁界の影響を他より遅く受ける磁気センサ５はなく、これにより、その信号は図１２に示すように、位相差が発生しない。
【００４９】
この場合、第１の磁気センサ５ａ、第２の磁気センサ５ｂが第３の磁気センサ５ｃ、第４の磁気センサ５ｄよりピン３に近いため、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２が第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３より強く（電圧が大きく）なっている。
【００５０】
なお、ピン３は中心点１０を通らず、Ｘ軸検出部８の上を通る場合も考えられるが、これにおいては、位相差が発生する回数は僅かであり、回転方向の検出に影響を与えることはほとんどないものである。
【００５１】
上記図９〜図１３において説明したような動作原理により、Ｘ軸方向に回転部材１が回転すれば、Ｘ軸検出部８における第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂで得られる２つの信号に位相差が生じ、一方、Ｙ軸方向に回転部材１が回転すれば、Ｘ軸検出部８における第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂで得られる信号に位相差は生じない。これはＹ軸検出部９についても同様である。
【００５２】
上述したように、第１の検出手段においては、第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３の位相差を検出することができ、さらに、信号１２と信号１３のどちらが遅れているかを検出することができるもので、この結果から、回転部材１がＸ軸方向に回転しているかどうか、Ｘ軸方向に回転している場合、どちらの向きに回転しているかを検出することができるものである。ここで、回転の向きとは、回転部材１を検出部２と平行な方向から見て、時計回りの回転または反時計回りの回転をいう。
【００５３】
また、第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号の位相差情報を検出する第２の検出手段も、上記と同様に、第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号の位相差を検出することができ、さらに、これらの２つの信号のどちらが遅れているかを検出することができるもので、この結果、回転部材１がＹ軸方向に回転しているかどうか、Ｙ軸方向に回転している場合、どちらの向きに回転しているかを検出することができるものである。
【００５４】
そして、位相差が発生したとき、その位相差の回数を検出して、回転部材１のＸ軸方向またはＹ軸方向への移動量を検出する。
【００５５】
次に、第３の検出手段について説明する。
【００５６】
図１４はＹ軸方向に回転部材１が回転した（矢印の向きにピン３が移動した）場合のピン３の動きとＸ軸検出部８、Ｙ軸検出部９を示す図である。また、図１５は図１４におけるＹ軸検出部９の第３の出力部６ｃから出力される信号１４と第４の出力部６ｄから出力される信号１５を示す図、図１６は図１４におけるＸ軸検出部８の第１の出力部６ａから出力される信号１２と第２の出力部６ｂから出力される信号１３を示す図である。
【００５７】
このときのＹ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号１４と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号１５を図１５に示し、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３を図１６に示す。そして、図１５、図１６において、それぞれ上の波形は実際の信号、下の波形はその信号を矩形波に変換したときの信号を示す。また、横軸は時間、縦軸は電位を表す。
【００５８】
このとき、正弦波における信号（電圧）の最大値と最小値の中間の値を基準値として、この基準値より大きい部分を大きく、基準値より小さい部分を小さくした矩形波に変換している。矩形波に変換すれば、基準値に対する２つの信号の大小の関係を検出するのが容易となるため、２つの信号の位相差を容易に検出できる。
【００５９】
図１５、図１６から明らかなように、Ｙ軸方向に回転部材１が回転すると、Ｙ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号１４と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号１５とには位相差が発生するが、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号１２と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号１３とには図１５のような位相差は発生しない。そして、信号１５が信号１４より遅く出力されるものである。
【００６０】
このとき、Ｘ軸検出部８、Ｙ軸検出部９においてそれぞれ得られた位相差の回数を検出する。
【００６１】
さらに、矢印の向きと逆方向にピン３が移動すると、図８〜図１０において説明したように、信号１４が信号１５より遅く出力される。そして、ピン３の移動方向が逆方向というのは（回転部材１が同じＹ軸方向に回転しても）、回転部材１の回転の向きが異なることをいう。例えば、図１４においては、紙面を右手側から見て、回転部材１が時計回りに回転する場合と、反時計回りに回転する場合があり、両者の回転の向きは異なる。したがって、回転部材１の回転の向きを検出できる。
【００６２】
なお、ピン３が中心点１０を通らない場合があるため、図１６において必ずしも図１２に示した波形が検出されるわけではなく、また、図１５において最大値が小さくなることもある。
【００６３】
そして、第３の検出手段においては、第１の検出手段で、第２の検出手段のそれぞれで得られた位相差情報により、回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する。すなわち、Ｘ軸検出部８における第１のセンサ部１１ａで得られる信号と第２のセンサ部１１ｂで得られる信号との間で発生した位相差の回数と、Ｙ軸検出部９における第３のセンサ部１１ｃで得られる信号と第４のセンサ部１１ｄで得られる信号との間で発生した位相差の回数をそれぞれ検出し、回転部材１がＸ軸方向に回転した移動量とＹ軸方向に回転した移動量を検出する。さらに、位相差が発生したことを検出した場合、２つの信号のうちどちらの信号に遅れが生じたかを検出することによって、回転の向きを検出する。
【００６４】
このとき、図１６に示すように、Ｘ軸検出部８における位相差がゼロの場合は、回転部材１がＹ軸方向に回転していることがわかる。
【００６５】
また、回転部材１の回転方向が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に対して斜めの場合、第１の検出手段で得られた位相差の単位時間当たりの回数と第２の検出手段で得られた位相差の単位時間当たりの回数の比を第３の検出手段で検出することによってその角度を検出する。
【００６６】
上記した本発明の一実施の形態においては、回転部材１の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部１１ａ〜１１ｄと、前記第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂが直線状に配置されたＸ軸検出部８と、前記第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄが直線状に配置されたＹ軸検出部９とを有し、さらに、前記第１のセンサ部１１ａで得られた信号と第２のセンサ部１１ｂで得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部１１ｃで得られた信号と第４のセンサ部１１ｄで得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材１の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えているため、回転部材１がＸ軸方向に回転した場合、Ｘ軸検出部８を構成する第１、第２のセンサ部１１ａ，１１ｂはそれぞれ配列順に順次出力することになり、これにより、第１のセンサ部１１ａで出力される信号と第２のセンサ部１１ｂで出力される信号には時間差が生じるため、第１の検出手段において第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂでそれぞれ得られた信号に位相差が生じていると判断されるが、Ｙ軸検出部９を構成する第３、第４のセンサ部１１ｃ，１１ｄからは同時に出力されることになり、これにより、第３のセンサ部１１ｃで出力される信号と第４の出力部１１ｄで出力される信号に時間差が生じることはなくなるため、第２の検出手段において第３のセンサ部１１ｃと第４のセンサ部１１ｄでそれぞれ得られた信号に位相差が生じていないと判断される。この結果、第３の検出手段において、第１の検出手段のみに位相差が生じていると判断されるため、回転部材１がＸ軸方向に回転していることを検出でき、また、回転部材１がＸ軸方向に回転していると検出されたとき、第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂでそれぞれ得られた信号に位相差が生じているため、第１の検出手段において第１のセンサ部１１ａと第２のセンサ部１１ｂで得られた信号のうち、どちらの信号が遅れているかを検出すれば、その回転の向きを検出でき、さらに、これらのことは回転部材１がＹ軸方向に回転した場合も同様であるため、回転部材１の回転方向と回転の向きが検出できるという効果が得られるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る回転方向検出方法は、回転の向きが検出できるという効果を有するものであり、特にユーザによる物理的操作によりデータ処理装置へデータ要素を提供するための回転方向検出手段等において有用となるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の一実施の形態における回転方向検出手段に用いる入力装置の正面図
【図２】同入力装置に使用される回転部材の内部の正面図
【図３】同入力装置の回路パターンの模式図
【図４】同入力装置の回路パターン図
【図５】同入力装置における第１〜第８の磁気センサのパターンを示す図
【図６】同入力装置におけるピンの動きと磁気センサが受ける磁界の強さとの関係を示す図
【図７】同入力装置におけるピンの動きと第１の磁気センサ、第２の磁気センサを示す図
【図８】図７において第１、第２の電極間に所定の電位を印加したときの第１の出力部から出力される信号を示す図
【図９】同入力装置におけるピンの動きとＸ軸検出部を示す図
【図１０】図９において第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１１】図９において矢印の向きと逆方向にピンが移動したときの第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１２】同入力装置におけるＸ軸検出部に対して左側においてピンが移動するときのピンの動きとＸ軸検出部を示す図
【図１３】図１２における第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１４】同入力装置におけるＹ軸方向に回転部材が回転した場合のピンの動きとＸ軸検出部、Ｙ軸検出部を示す図
【図１５】図１４における第３のセンサ部で得られる信号と第４のセンサ部で得られる信号を示す図
【図１６】図１４における第１のセンサ部で得られる信号と第２のセンサ部で得られる信号を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１ 回転部材
２ 検出部
８ Ｘ軸検出部
９ Ｙ軸検出部
１１ａ〜１１ｄ 第１〜第４のセンサ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な回転部材と、この回転部材と所定の距離をおいて配置された検出部とを備え、前記検出部は、前記回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えた回転方向検出手段。
【請求項１】
回転可能な回転部材と、この回転部材と所定の距離をおいて配置された検出部とを備え、前記検出部は、前記回転部材の回転に対応して信号を出力する第１〜第４のセンサ部と、前記第１、第２のセンサ部が直線状に配置されたＸ軸検出部と、前記第３、第４のセンサ部が直線状に配置されたＹ軸検出部とを有し、さらに、前記第１のセンサ部で得られた信号と第２のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第１の検出手段と、前記第３のセンサ部で得られた信号と第４のセンサ部で得られた信号の位相差情報を検出する第２の検出手段と、前記第１の検出手段、第２の検出手段により得られた位相差情報により前記回転部材の回転方向と回転の向きを検出する第３の検出手段とを備えた回転方向検出手段。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００９−１６８７０４（Ｐ２００９−１６８７０４Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８８６９（Ｐ２００８−８８６９）
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１８日（２００８．１．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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