(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出力する発光手段と、
所定の検出対象の検出量に応じた回数だけ、前記発光手段が出力した光の遮断／通過を繰り返す遮断／通過手段と、
前記遮断／通過手段を通過した光を受光すると、所定電位の信号を出力する受光手段と、
充電により所定の基準電位を生成する基準電位生成手段と、
前記受光手段の出力電位と前記基準電位とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記検出量を求める演算手段と、
本装置の電源投入時に、前記基準電位生成手段に通常よりも高い電圧を印加することにより、該基準電位生成手段を急速に充電する充電制御手段と
を具備することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項２】
前記基準電位生成手段は、その一端が充電用電位に接続されることにより充電され、
前記充電制御手段は、
所定の抵抗値を介して、前記充電用電位と接地との間の接続／切断を切り換える充電切換手段と、
前記充電切換手段を用いて、本装置の電源投入時から所定時間だけ、前記充電用電位と前記接地との間を切断する制御手段と
からなる
ことを特徴とする請求項１記載の光学式検出装置。
【請求項３】
前記所定の検出対象は、所定の座標軸上の移動量であることを特徴とする請求項１記載の光学式検出装置を使用した座標入力装置。
【請求項４】
所定の電源からの電力供給により光を出力する発光手段と、所定の検出対象の検出量に応じた回数だけ、前記発光手段が出力した光の遮断／通過を繰り返す遮断／通過手段と、
前記遮断／通過手段を通過した光を受光すると、所定電位の信号を出力する受光手段と、
充電により所定の基準電位を生成する基準電位生成手段と、
前記受光手段の出力電位と前記基準電位とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記検出量を求める演算手段と、
前記遮断／通過手段において遮断から通過への状態変化、または通過から遮断への状態変化が所定時間生じない場合には、前記発光手段への電力供給を、所定の比率による電力供給／停止に切り換える電力制御手段と
を具備することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項５】
前記電力制御手段による電力供給／停止の比率は、１：１００であることを特徴とする請求項４記載の光学式検出装置。
【請求項６】
前記電力制御手段は、
前記発光手段と前記電源との間の接続／切断を切り換える電力切換手段と、
前記電力切換手段を用いて、前記所定の比率で、前記発光手段と前記電源との間を接続／切断する制御手段と
からなることを特徴とする請求項４記載の光学式検出装置。
【請求項７】
前記所定の検出対象は、所定の座標軸上の移動量であることを特徴とする請求項４記載の光学式検出装置を使用した座標入力装置。
【請求項８】
所定の電源からの電力供給により光を出力する発光手段と、所定の検出対象の検出量に応じた回数だけ、前記発光手段が出力した光の遮断／通過を繰り返す遮断／通過手段と、
前記遮断／通過手段を通過した光を受光すると、所定電位の信号を出力する受光手段と、
充電により所定の基準電位を生成する基準電位生成手段と、
前記受光手段の出力電位と前記基準電位とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づいて、前記検出量を求める演算手段と、
本装置の電源投入時に、前記基準電位生成手段に通常よりも高い電圧を印加することにより、該基準電位生成手段を急速に充電し、前記遮断／通過手段において遮断から通過への状態変化、または通過から遮断への状態変化が所定時間生じない場合には、前記発光手段への電力供給を、所定の比率による電力供給／停止に切り換える充電／電力制御手段と
を具備することを特徴とする光学式検出装置。
【請求項９】
前記充電／電力制御手段による電力供給／停止の比率は、１：１００であることを特徴とする請求項８記載の光学式検出装置。
【請求項１０】
前記基準電位生成手段は、その一端が充電用電位に接続されることにより充電され、
前記充電／電力制御手段は、
所定の抵抗値を介して、前記充電用電位と接地との間の接続／切断を切り換える充電切換手段と、
前記発光手段と前記電源との間の接続／切断を切り換える電力切換手段と、
前記充電切換手段を用いて、本装置の電源投入時から所定時間だけ、前記充電用電位と前記接地との間を切断し、前記電力切換手段を用いて、前記所定の比率で、前記発光手段と前記電源との間を接続／切断し、前記充電切換手段を接続状態にした際に、前記電力切換手段を接続状態にすることにより、前記基準電位生成手段の基準電位を修正する制御手段と
からなる
ことを特徴とする請求項８記載の光学式検出装置。
【請求項１１】
前記所定の検出対象は、所定の座標軸上の移動量であることを特徴とする請求項８記載の光学式検出装置を使用した座標入力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光学式検出装置（光エンコーダ）、及び、それを使用した座標入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パーソナルコンピュータ等の表示画面上において、カーソル等の位置を示す位置座標データの入力に用いられる座標入力装置として、マウスやトラックボール等のように、球体を備え、この球体の回転方向および回転量に応じて、該カーソルの表示位置を変化させるものがある。
【０００３】
図４は、上記座標入力装置の機構部の構成例を示す説明図である。
この図において、球体１は、その中心点を中心に回転可能に取り付けられている。球体１の表面において、該球体１の中心点から９０゜の角間隔を有する半径方向の２点に、それぞれ、回転可能なシャフト２Ｘ，２Ｙに固定されたローラ３Ｘ，３Ｙが圧接されている。なお、この図において、矢印Ｘの方向をＸＹ座標系における＋Ｘ方向（その逆方向を−Ｘ方向）と呼び、矢印Ｙの方向をＸＹ座標系における＋Ｙ方向（その逆方向を−Ｙ方向）と呼ぶ。シャフト２Ｘ，２Ｙの端部には、円板状のチョッパ４Ｘ，４Ｙが固定されている。チョッパ４Ｘ，４Ｙの外周全体には、同じ大きさのスリットが、等間隔に、複数個設けられている。
【０００４】
チョッパ４Ｘに対してフォトインタラプタ５Ｘが、チョッパ４Ｙに対してフォトインタラプタ５Ｙが、それぞれ設けられている。フォトインタラプタ５Ｘ，５Ｙは、発光素子（図示略）と受光素子（図示略）とを備えている。発光素子と受光素子との間にチョッパの外周部が入り込むように、フォトインタラプタ５Ｘ，５Ｙは、チョッパ４Ｘ，４Ｙに対して配置されている。チョッパ４Ｘとフォトインタラプタ５Ｘとで光エンコーダ部６Ｘが構成され、チョッパ４Ｙとフォトインタラプタ５Ｙとで光エンコーダ部６Ｙが構成される。
【０００５】
このような構成において、球体１が回転すると、ローラ３Ｘ，３Ｙによってシャフト２Ｘ，２Ｙが回転し、それに伴い、チョッパ４Ｘ，４Ｙが回転する。一方、フォトインタラプタ５Ｘ，５Ｙには電源電圧Ｖが印加されており、その発光素子は常時発光している。従って、チョッパ４Ｘ，４Ｙが回転すると、その外周に設けられたスリットとスリットとの間の羽根状部が、順番に、対応するフォトインタラプタ５Ｘ，５Ｙの発光素子と受光素子との間を通過する。これにより、発光素子から受光素子への入力光がチョッピングされて、受光素子の出力信号ＸＡ  〜ＹＢ  のレベルがパルス状に変化する。
【０００６】
図５は、上記座標入力装置の光エンコーダ部の構成例を示す回路図である。
ここでは、フォトインタラプタ５Ｘが具備する上記発光素子を、一例として、発光ダイオードＬＥＤとし、上記受光素子を、一例として、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒとする。
チョッパ４Ｘ，４Ｙの回転に応じて、発光ダイオードＬＥＤの出力光は、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒに対して、通過／遮断される。発光ダイオードＬＥＤの出力光がフォトトランジスタＰｈ−Ｔｒに到達すると、該フォトトランジスタＰｈ−ＴｒはＯＮ状態になる。フォトトランジスタＰｈ−ＴｒがＯＮ状態になると、該フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒを介して、所定電位の信号がシュミットトリガゲート４２に入力される。シュミットトリガゲート４２は、該入力信号からノイズを除去し、出力する。
【０００７】
このようにして生成された出力信号ＸＡ  〜ＹＢ  のうち、出力信号ＸＡ  およびＸＢ  は、球体１の回転のＸ軸成分を検出するためのものであり、出力信号ＹＡ  およびＹＢ  は、球体１の回転のＹ軸成分を検出するためのものである。
ここで、出力信号ＸＡ  と出力信号ＸＢ  とは、チョッパ４Ｘ（すなわち、球体１）の回転方向に応じて、パルスの立ち上がりの位相関係が異なる。すなわち、球体１が＋Ｘ方向に回転した場合には、出力信号ＸＡ  が出力信号ＸＢ  より先に立ち上がり、球体１が−Ｘ方向に回転した場合には、出力信号ＸＢ  が出力信号ＸＡ  より先に立ち上がる。これにより、出力信号ＸＡ  と出力信号ＸＢ  の位相関係に基づいて、チョッパ４Ｘの回転方向を検出できる。
このことは、出力信号ＹＡ  と出力信号ＹＢ  との位相関係も同様である。
【０００８】
ところで、図５において、フォトトランジスタの受光感度は、個々のフォトトランジスタごとに異なる（すなわち、バラツキを含む）ので、装置の組立時に、該受光感度のバラツキを、抵抗ＲＸＡ〜ＲＹＢの抵抗値で調整する必要がある、という課題があった。
また、図５に示す回路には、動作電圧範囲が限定される（もしくは、固定される）、という課題があった。
【０００９】
図６は、このような課題を解決する従来の光エンコーダ部の構成例を示す回路図である。この図において、出力信号ＸＡ  〜ＹＢ  の意味は、図５に示すものと同じである。
この図においても、図５に示す回路と同様に、チョッパ４Ｘ，４Ｙの回転に応じて、フォトトランジスタＰｈ−ＴｒはＯＮ／ＯＦＦし、そのエミッタ電位が変化する。
コンパレータ５１は、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒのエミッタ電位と、所定の基準電位とを比較し、その比較結果を、出力信号ＸＡ  〜ＹＢ  として出力する。コンデンサＣは、上記基準電位を生成・保持するために、電源投入時に、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒのエミッタ電流により充電される。
【００１０】
図６に示す回路では、コンパレータ５１で比較される２つの電位が共に、共通の電位（フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒのエミッタ電位）から生成される。そのため、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒの受光感度のバラツキは、コンパレータ５１で比較される２つの電位に等しく影響を与えるので、該変化は２つの電位の比較時に相殺される。従って、図６に示す回路では、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒの受光感度のバラツキを調整する必要がない。
【００１１】
同様に、図６に示す回路では、コンパレータ５１で比較される２つの電位が共に、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒに接続された共通の電源から生成される。そのため、電源電圧の変化は、コンパレータ５１で比較される２つの電位に等しく影響を与えるので、該変化は２つの電位の比較時に相殺される。従って、図６に示す回路では、電源の動作電圧範囲を広くとることができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示す回路には、電源投入後に、コンデンサＣの充電を必要とするので、電源投入から動作が安定するまでに、多大な時間（一例として、５秒間程度）が必要となる、という課題があった。
また、図５および図６に示す回路について、停止状態にあるマウスを移動させる場合を考えると、マウスが動かされてから電源をＯＮにしていたのでは、該移動による移動距離の検出に間に合わない。従って、これら従来の回路では、停止状態においても、チョッパ４Ｘ，４Ｙの回転を監視するために、発光ダイオードＬＥＤを常時発光させておかなくてはならない。そのため、発光ダイオードＬＥＤによる消費電力を低減することができない、という課題があった。この電力消費は、電池駆動の場合に特に大きな問題であった。
【００１３】
この発明は、このような背景の下になされたもので、図６に示すような光学式検出装置（光エンコーダ部）において、電源投入から動作が安定するまでの時間を短くし、かつ、停止時の消費電力を低く抑えることを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光を出力する発光手段と、所定の検出対象の検出量に応じた回数だけ、前記発光手段が出力した光の遮断／通過を繰り返す遮断／通過手段と、前記遮断／通過手段を通過した光を受光すると、所定電位の信号を出力する受光手段と、充電により所定の基準電位を生成する基準電位生成手段と、前記受光手段の出力電位と前記基準電位とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記検出量を求める演算手段と、本装置の電源投入時に、前記基準電位生成手段に通常よりも高い電圧を印加することにより、該基準電位生成手段を急速に充電する充電制御手段とを具備することを特徴とする。
本発明では、電源投入時に、充電制御手段が、基準電位生成手段に通常よりも高い電圧を印加し、該基準電位生成手段を急速に充電するので、電源投入から動作が安定するまでの時間が短い。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。
図１は、この発明の一実施形態による光学式検出装置（光エンコーダ部）の構成例を示す回路図である。この図において、図５および図６の各部に対応する部分には同一の符号を付け、その説明を省略する。
この図に示す回路では、２つのスイッチｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとが新たに設けられている。
【００１６】
本回路は、（１）通常モード、（２）間欠モード、（３）プリチャージモード、の３つの動作モードを有する。
各モードの選択は、ＣＰＵ等の制御部（図示略）で行われる。
以下、各モードについて説明する。
【００１７】
（１）通常モード
通常モードは、本回路（図１参照）を、従来回路（図６参照）と同様の動作で使用するモードである。通常モードでは、制御部は、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとを、共に、ＯＮ状態にする。
【００１８】
（２）間欠モード
間欠モードは、低消費電力を実現するために、本回路を間欠動作で（すなわち、発光ダイオードＬＥＤを所定の比率でＯＮ／ＯＦＦさせて）使用するモードである。間欠モードでは、制御部は、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとを、共に、所定の比率でＯＮ／ＯＦＦさせる。
【００１９】
（３）プリチャージモード
プリチャージモードは、電源投入後に、コンデンサＣを急速充電するモードである。プリチャージモードでは、制御部は、ｓｗ−ＬｅｄをＯＮ状態にし、ｓｗ−ＲｅｆをＯＦＦ状態にする。
【００２０】
次に、上記構成による光学式検出装置の動作を説明する。
なお、説明を簡単にするために、以下では、図１に示す回路図から１つの出力信号（ここでは、一例として、出力信号ＸＡ  を例にとる）に関する回路のみを取り出して、その動作を説明する。
図２は、図１に示す回路図のうちの出力信号ＸＡ  に関する回路図である。
また、図３は、図２に示す回路の動作例を示すタイミングチャートである。
【００２１】
まず、ユーザが、所定のスイッチ（図示略）を操作して、電源を投入すると、制御部は、本回路をプリチャージモードに移行させる。
図３（ａ）に示すように、プリチャージモードでは、制御部は、一例として０．１秒間、ｓｗ−ＬｅｄをＯＮ状態にし、ｓｗ−ＲｅｆをＯＦＦ状態にする。これにより、抵抗Ｒｓｗによる電圧降下が生じないので、電位ＶＳ  は、通常モード時の電位（一例として、２．５Ｖとする）よりも高い電位（一例として、５．０Ｖとする）になる。これにより、電位ＶＣ  も、通常モード時の電位よりも高くなり、コンデンサＣは、強制的に急速充電される。
【００２２】
プリチャージモードへの移行後、０．１秒が経過すると、制御部は、本回路を通常モードに移行させる。
通常モードでは、制御部は、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとを、共に、ＯＮ状態にする。これにより、本回路は、従来回路（図６参照）と同様の動作を行う。通常モードでは、チョッパ４Ｘの回転（により生じるフォトトランジスタＰｈ−ＴｒのＯＮ／ＯＦＦ）に伴って、電位ＶＳ  は、０．５〜１．０Ｖの範囲を変動する（図３（ａ）参照）。これに従って、電位ＶＣ  も変動する。
【００２３】
一方、通常モードでは、制御部は、チョッパ４Ｘの回転（により生じるコンパレータ５１の出力信号の変化）を監視する。該監視において、チョッパ４Ｘの回転が所定時間（一例として、１０秒間とする）検出されない場合には、制御部は、本回路を間欠モードに移行させる。
間欠モードでは、制御部は、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとを、所定の比率でＯＮ／ＯＦＦさせる。本実施形態では、一例として、この比率を、ＯＮ：ＯＦＦ＝１：１００とする。
【００２４】
すなわち、本実施形態では、図３（ａ）に示すように、間欠モードの１周期を、２０ｍｓｅｃ（＝２００００μｓｅｃ）とし、そのうち、ＯＮ期間を０．２ｍｓｅｃ（＝２００μｓｅｃ）とし、ＯＦＦ期間を１９．８ｍｓｅｃ（＝１９８００μｓｅｃ）とする。これにより、本回路の消費電力は、通常モード時の１／１００に低減する。
なお、図３（ａ）に示すように、制御部は、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−Ｒｅｆとを同時にＯＮ／ＯＦＦさせるのではなく、フォトトランジスタＰｈ−Ｔｒの動作遅れを考慮し、ｓｗ−ＲｅｆのＯＮ／ＯＦＦ動作を、ｓｗ−ＬｅｄのＯＮ／ＯＦＦ動作に対して、３０〜５０μｓｅｃ遅らせる。
【００２５】
また、間欠モードのＯＦＦ期間（１９．８ｍｓｅｃ）には、コンデンサＣの自己放電等により、電位ＶＣ  が変動する。
これに対して、本回路では、電位ＶＣ  が変動すると、コンパレータ５１の出力信号ＸＡ  により、該変動とは逆方向のフィードバックが、抵抗Ｒｆｂを介して、コンデンサＣにかかり、電位ＶＣ  の変動を補正する。
さらに、この補正だけでは、該補正の補正誤差が積み重なることにより、電位ＶＣ  が（プリチャージモード時の）充電値から徐々にかけ離れていく可能性がある。しかしながら、本回路では、２０ｍｓｅｃ毎にＯＮ期間となり、ｓｗ−Ｌｅｄとｓｗ−ＲｅｆとをＯＮ状態にすることにより、電位ＶＣ  を該充電値に修正する。これにより、図３（ｂ）に示すように、出力信号ＸＡ  の値は、２０ｍｓｅｃ毎に修正される（但し、出力信号ＸＡ  の値が正しい値である場合には、該値は変化しない）。
【００２６】
一方、間欠モードでも、各周期毎のＯＮ期間で、制御部は、チョッパ４Ｘの回転（により生じるコンパレータ５１の出力信号の変化）を監視する。
ここで、チョッパ４Ｘの回転が検出された場合には、制御部は、本回路を通常モードに移行させる。一方、チョッパ４Ｘの回転が依然検出されない場合には、制御部は、間欠モードを継続する。
さらに、間欠モードの所定数の周期にわたって、チョッパ４Ｘの回転が検出されない場合には、制御部は、本回路の電源を自動的に切断する。
以上で、上記構成による光学式検出装置の動作説明を終了する。
【００２７】
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電源投入時に急速充電が行われるので、電源投入から動作が安定するまでの時間が短い。
また、本発明によれば、待機時の消費電力を低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態による光学式検出装置（光エンコーダ部）の構成例を示す回路図である。
【図２】図１に示す回路図のうちの出力信号ＸＡ  に関する回路図である。
【図３】図２に示す回路の動作例を示すタイミングチャートである。
【図４】座標入力装置の機構部の構成例を示す説明図である。
【図５】従来の光学式検出装置（光エンコーダ部）の構成例を示す回路図である。
【図６】従来の光学式検出装置（光エンコーダ部）の他の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１……球体、  ２Ｘ，２Ｙ……シャフト、  ３Ｘ，３Ｙ……ローラ、
４Ｘ，４Ｙ……チョッパ、  ５Ｘ，５Ｙ……フォトインタラプタ、
６Ｘ，６Ｙ……光エンコーダ部、  ５１……コンパレータ、
ＬＥＤ……発光ダイオード、  Ｐｈ−Ｔｒ……フォトトランジスタ、
ｓｗ−Ｌｅｄ，ｓｗ−Ｒｅｆ……スイッチ、  Ｃ……コンデンサ
【図１】
0003588228.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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