JP2008292172A - 傾斜センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】実装される回路基板などの面内方向における傾斜を適切に検出可能であるとともに、薄型化を図ることが可能な傾斜センサを提供すること。
【解決手段】1対の受光素子4A,4Bと、1対の受光素子4A,4Bに対して光を照射する発光素子5と、転動体6と、転動体6を収容する空隙部20と、を備えており、空隙部20は、転動体6に、1対の受光素子4A,4Bと重なる1対の遮光位置と、上記1対の受光素子4A,4Bのいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサA1であって、その一面に1対の受光素子4A,4Bが搭載されている基板1を備えており、基板1のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子7a,7b,7cが形成されており、面2aには、複数の凹部22が形成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】1対の受光素子4A,4Bと、1対の受光素子4A,4Bに対して光を照射する発光素子5と、転動体6と、転動体6を収容する空隙部20と、を備えており、空隙部20は、転動体6に、1対の受光素子4A,4Bと重なる1対の遮光位置と、上記1対の受光素子4A,4Bのいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサA1であって、その一面に1対の受光素子4A,4Bが搭載されている基板1を備えており、基板1のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子7a,7b,7cが形成されており、面2aには、複数の凹部22が形成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、たとえばデジタルスチルカメラなどの傾斜方向を検出するための傾斜センサに関する。
図16および図17は、従来の傾斜センサの一例を示している。これらの図に示された傾斜センサXは、ケース91、1対の受光素子92a,92b、発光素子93、ボール94、およびリードフレーム95,96を備えている。1対の受光素子92a,92bと発光素子93とは、ケース91に形成された空隙部91aを挟んで対向配置されている。ボール94は、空隙部91a内に収容されている。1対の受光素子92a,92bは、リードフレーム95に搭載されており、発光素子93は、リードフレーム96に搭載されている。リードフレーム95,96のうちケース91から露出した部分は、傾斜センサXを実装するための外部リード95a,96aとなっている。
傾斜センサXが図16に示す姿勢とされた場合、発光素子93からの光は、1対の受光素子92a,92bの双方によって受光される。傾斜センサXが図中時計回りに角度θ以上傾斜した姿勢とされた場合、ボール94は、空隙部91a内を図中右方へと転動する。転動したボール94は、受光素子92bの正面に位置する。すると、発光素子93から発せられた光のうち、受光素子92bに到達していた光が、ボール94により遮蔽されることとなる。一方、傾斜センサXが図中反時計回りに角度θ以上傾斜した姿勢とされた場合、受光素子92aに到達していた光がボール94により遮蔽されることとなる。したがって、1対の受光素子92a,92bからの信号を監視することにより、傾斜センサXが図16の紙面方向においていずれの方向に傾斜しているかを検出することができる。
しかしながら、傾斜センサXは、外部リード95a,96aによって実装されるものであるため、図16に示すように、回路基板Sに対して起立する姿勢で実装される。このため、傾斜センサXの検出対象面は、回路基板Sの面内方向に対して垂直となる。したがって、回路基板Sがその面内方向において傾斜させられた場合、傾斜センサXによってはこの傾斜を検出することはできない。たとえばデジタルスチルカメラにおいては、回路基板Sの面内方向における傾斜を検出することにより、液晶表示部の表示方向を切り替えるといった機能が提案されている。このような用途には、傾斜センサXは不向きであった。また、図16に示すように、傾斜センサXは、少なくとも発光素子93、受光素子92aまたは受光素子92b、およびボール94の寸法を合計した厚さとされている。デジタルスチルカメラなどの電子機器に対しては、薄型化の要請が顕著である。傾斜センサXは、このような薄型化の要請に十分には応えられていなかった。
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、実装される回路基板などの面内方向における傾斜を適切に検出可能であるとともに、薄型化を図ることが可能な傾斜センサを提供することをその課題とする。
本発明によって提供される傾斜センサは、検出対象面に沿って離間配置された1対の受光素子と、上記1対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、上記検出対象面に沿って転動する転動体と、上記転動体を収容する空隙部と、を備えており、上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向おいて上記1対の受光素子と重なる1対の遮光位置と、上記面内方向において上記1対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、上記検出対象面に沿って広がっており、かつその一面に上記1対の受光素子が搭載されている基板を備えており、上記基板のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子が形成されており、上記空隙部を規定する上記検出対象面に沿って広がる面、およびこの面と正対する上記転動体の面の少なくともいずれかは、凹凸状とされていることを特徴としている。
このような構成によれば、上記空隙部を規定する上記検出対象面に沿って広がる面と上記転動体との接触面積が減少する。これにより、上記空隙部を規定する上記検出対象面に沿って広がる面と上記転動体とが互いに密着してしまうことを防止することが可能であり、上記転動体をスムーズに動作させることができる。この結果、上記転動体の重量を軽くしても傾斜方向を適切に検出することが可能であり、上記転動体をより薄くすることができる。したがって、上記傾斜センサの薄型化に適している。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記転動体は、上記検出対象面に沿って広がる面の中央寄り部分が膨出した形状とされている。このような構成によれば、上記空隙部を規定する上記検出対象面に沿って広がる面と上記転動体とが互いに密着してしまうことを防止するのに好適である。
本発明の好ましい実施の形態においては、上記発光手段は、上記基板の上記一面に搭載されており、かつ上記1対の受光素子が離間する方向における位置が、上記1対の受光素子の間にある1つの発光素子からなり、上記空隙部を挟んで上記基板とは反対側に位置する反射面を備えている。このような構成によれば、上記1対の受光素子および上記発光素子は、上記空隙部に対して片側寄りに配置される。したがって、上記傾斜センサの薄型化を図るのに適している。
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
図1〜図7は、本発明に係る傾斜センサの第1実施形態を示している。図1に示すように、本実施形態の傾斜センサA1は、基板1、ケース2、カバー3、1対の受光素子4A,4B、発光素子5、転動体6、および端子7a,7b,7cを備えている。傾斜センサA1は、たとえば回路基板Sに面実装された状態で、回路基板Sの面内方向における傾斜方向を検出するために用いられるものである。すなわち、傾斜センサA1の検出対象面は、回路基板Sの面内方向に広がる面となっている。本実施形態においては、傾斜センサA1は、そのサイズが幅5.6mm、高さ4.5mm、厚さ3.7mm程度とされている。なお、図3においては、カバー3を省略している。
基板1は、矩形状の絶縁基板であり、たとえばガラスエポキシ樹脂からなる。本実施形態においては、基板1は、そのサイズが幅5.6mm、高さ4.5mm、厚さ0.6mm程度とされている。図2に示すように、基板1には、6つの配線パターン7が形成されている。配線パターン7は、たとえば銅からなり、銅製の薄膜に対してエッチングを施すことなどにより形成される。配線パターン7は、基板1の図中手前の面から側面を経て図中奥方の面にわたって形成されている。このうち3つの配線パターン7の図中手前側部分には、1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5がダイボンディングされている。
1対の受光素子4A,4Bは、たとえばPINフォトダイオードであり、赤外線を受光すると、それに応じた光起電力を生じて電流を流すように構成されている。図2に示すように、1対の受光素子4A,4Bは、基板1において図中左右方向に離間して配置されている。1対の受光素子4A,4Bは、それぞれがダイボンディングされた配線パターン7と隣り合う配線パターン7に対して、それぞれワイヤ8によって接続されている。本実施形態においては、1対の受光素子4A,4Bは、そのサイズが0.6mm角程度とされている。
発光素子5は、赤外線を発することができる赤外線発光ダイオードなどからなり、本発明で言う発光手段を構成している。図2に示すように、発光素子5は、1対の受光素子4A,4Bの中間位置から図中下方にシフトした位置に配置されている。発光素子5は、これがボンディングされた配線パターン7と隣り合う配線パターン7に対して、ワイヤ8によって接続されている。本実施形態においては、発光素子5は、そのサイズが0.25mm角程度とされている。
ケース2は、全体が直方体形状であり、たとえばエポキシ樹脂を用いたモールド成形法により形成されている。ケース2には、空隙部20が形成されている。図2に示すように、空隙部20は、転動体収容部20a、3つの窓20b、および3つの素子収容部20cからなる。本実施形態においては、ケース2は、そのサイズが幅5.6mm、高さ4.5mm、厚さ2.5mm程度とされている。
転動体収容部20aは、転動体6を収容する部分であり、傾斜センサA1の姿勢に応じた所定の位置に転動体6を転動させるための部分である。転動体収容部20aは、2つの小判が互いに直角に連結された断面形状とされており、転動体6を収容可能な奥行き寸法とされている。本実施形態においては、各小判状部分の幅寸法が2.2mm程度、両端の円弧部分の半径が1.1mm程度とされている。また、転動体収容部20aの深さは、1.0mm程度とされている。図3および図5に示すように、転動体収容部20aには、3つの窓20bが繋がっている。
ケース2には、面2aが形成されている。面2aは、空隙部20、特に転動体収容部20aを規定する面である。面2aは、傾斜センサA1の検出対象面である回路基板Sの面内方向に広がる面となっている。面2aには、複数の凹部22が形成されている。図3、図5、および図6に示すように、本実施形態においては、複数の凹部22は、それぞれが円形状とされており、3つの窓20bと繋がらないように配置されている。
図3において図中上側に位置する2つの窓20bは、転動体収容部20aの図中上側の突出部分に繋がっている。図中下側に位置する窓20bは、転動体収容部20aの中央部分に繋がっている。3つの窓20bは、それぞれ断面円形状であり、1対の受光素子4A,4Bへと光を到達させ、または発光素子5からの光を通過させるためのものである。本実施形態においては、図5における左右両端にある窓20bは、断面寸法φ1.3mm、深さ0.3mm程度とされている。また、中央に位置する窓20bは、断面寸法φ0.8mm、深さ0.3mm程度とされている。3つの窓20bには、3つの素子収容部20cがそれぞれ繋がっている。
3つの素子収容部20cは、図5に示すように、1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5を収容するための部分である。図4に示すように、1対の受光素子4A,4Bを収容する2つの素子収容部20cは、2つの矩形が連結された断面形状とされている。発光素子5を収容する素子収容部20cは、断面矩形状とされている。本実施形態においては、素子収容部20cは、その深さが0.5mm程度とされている。
図2に示すように、ケース2には、3つずつの突起21a,21bが形成されている。これらの突起21a,21bは、ケース2と基板1およびカバー3とを位置合わせするためのものである。3つの突起21aは、基板1の3つの孔11に嵌合する。3つの突起21bは、カバー3に形成された3つの孔31に嵌合する。
カバー3は、ケース2を塞いで空隙部20を形成するためのものであり、例えばエポキシ樹脂からなる。図5に示すように、カバー3のケース2側の面には、反射膜30が形成されている。反射膜30は、発光素子5によって発せられた光を反射することにより1対の受光素子4A,4Bへと向かわせるためのものである。反射膜30は、たとえばCuメッキ層、Niメッキ層、Auメッキ層が順に積層された構造とされている。本実施形態においては、カバー3は、そのサイズが幅5.6mm、高さ4.5mm、厚さ0.6mm程度とされている。
転動体6は、傾斜センサA1の姿勢に応じて転動体収容部20a内を転動することにより、発光素子5からの光が1対の受光素子4A,4Bへと到達することを適宜阻止するためのものである。転動体6は、円柱形状とされており、たとえばタングステン粒子が混入された樹脂からなる。樹脂に混入させる金属粒子としては、タングステンのほかにたとえばプラチナ、タンタル、金などを用いればよい。本実施形態においては、転動体6は、断面寸法φ2.0mm程度、高さ1.0mm程度とされている。
転動体6の面6aは、ケース2の面2aと正対する面である。図7に示すように、面6aには、エジェクタピン跡61が形成されている。エジェクタピン跡61は、円形状であり、その周囲よりもわずかに凹んだ部分である。エジェクタピン跡61は、転動体6をモールド成形する工程において金型から転動体6を離脱させるためのエジェクタピンの先端形状が残存したものである。
転動体6は、中央寄り部分が周囲部分よりも僅かに厚い形状とされている。具体的には、中央寄り部分は、周囲部分よりも100μm程度厚い。すなわち、面6aは、中央寄り部分が周囲部分よりも50μm程度膨出した形状となっている。
端子7a,7b,7cは、傾斜センサA1をたとえば図1に示す回路基板Sに面実装するために用いられるものである。図5に示すように、端子7a,7b,7cは、配線パターン7のうち基板1の受光素子4A,4Bおよび発光素子5が搭載されていない側にある部分によって構成されている。
次に、傾斜センサA1による傾斜方向の検出について、図8〜図10を用いて説明する。図8〜図10は、カバー3を省略して傾斜センサA1を正面からみた図である。これらの図においては、図中下方が重力方向である。
まず、図8は、傾斜センサA1が中立姿勢とされた状態を示している。この姿勢においては、転動体6は、重力にしたがって転動体収容部20aの中央寄りに留まっている。この位置を中立位置と呼ぶ。転動体6が中立位置にあると、発光素子5からの光が全て転動体6によって遮られる。このため、1対の受光素子4A,4Bは、いずれも光を検出しない。したがって、1対の受光素子4A,4Bのいずれからも信号が出力されない状態であれば、傾斜センサA1が中立姿勢であると認識する。
次に、傾斜センサA1を図中時計回りに回転させると、図9に示す状態となる。この状態においては、転動体6は、重力にしたがって転動体収容部20aのうち図中右端寄り部分へと転動する。この位置を正転遮光位置と呼ぶ。転動体6が正転遮光位置にあると、受光素子4Bへと繋がる窓20bが転動体6により覆われる。これにより、受光素子4Bによっては、発光素子5からの光は受光されない。一方、発光素子5から発せられた光は、図5に示す反射膜30によって反射され、受光素子4Aに到達する。したがって、受光素子4Aのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサA1が中立姿勢から図9における図中時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。
また、傾斜センサA1を中立姿勢から図中反時計回りに回転させると、図10に示す状態となる。この状態においては、転動体6は、重力にしたがって転動体収容部20aのうち図中左端寄り部分へと転動する。この位置を逆転遮光位置と呼ぶ。転動体6が逆転遮光位置にあると、受光素子4Aへと繋がる窓20bが転動体6により覆われる。これにより、受光素子4Aによっては、発光素子5からの光は受光されない。一方、発光素子5から発せられた光は、受光素子4Bに到達する。したがって、受光素子4Bのみから信号が出力された状態であれば、傾斜センサA1が中立姿勢から図10における図中反時計回りに回転させられた姿勢であると認識する。
次に、傾斜センサA1の作用について説明する。
本実施形態によれば、複数の凹部22が設けられていることにより、面2aと転動体6との接触面積が減少する。これにより、面2aと面6aとが互いに密着してしまうことを防止することが可能であり、転動体6をスムーズに動作させることができる。この結果、転動体6の重量を軽くしても傾斜方向を適切に検出することが可能であり、転動体6をより薄くすることができる。したがって、傾斜センサA1の薄型化に適している。
複数の凹部22が窓20bと繋がらない配置とされていることにより、転動体6が窓20bの正面に位置したときには、転動体6によって窓20bを完全に覆うことが可能である。すなわち、転動体6が窓20bの正面に位置したにもかかわらず、いずれかの凹部22が漏光経路となるという不具合が生じない。したがって、傾斜センサA1の検出精度が不当に低下することを防止することができる。
転動体6に含まれたタングステンは、比重が19.1程度であり、比較的高密度な材料である。このような材料を混入することにより、転動体6自体の比重を高めることが可能である。これは、転動体6の薄型化、ひいては傾斜センサA1の薄型化に有利である。また、タングステンを混入した樹脂を用いて転動体6を形成することにより、上述した膨出状に仕上げるなど、所望の形状に容易に形成することができる。
転動体6に形成されたエジェクタピン跡61は、面2aとの接触面積をさらに減少させる機能を果たす。これにより、転動体6がさらにスムーズに動作することが期待できる。
反射膜30の表層にAuメッキ層を配置することにより、発光素子5からの光を高い効率で反射することが可能である。これは、傾斜センサA1の検出精度を高めるのに有利である。
1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5がいずれも基板1に搭載されていることにより、図1においてケース2よりも紙面手前方向には、薄状のカバー3が設けられているだけである。このような傾斜センサA1は、薄型化を図るのに適している。また、薄型とされた傾斜センサA1を回路基板Sに沿うように実装可能である。これにより、回路基板Sから傾斜センサA1が大きく突出することを防止することができる。
図11〜図15は、本発明の他の実施形態を示している。なお、これらの図において、上記実施形態と同一または類似の要素には、上記実施形態と同一の符号を付している。
図11は、本発明に係る傾斜センサの第2実施形態を示している。なお、本図においては、図1に示すカバー3を省略している。本実施形態の傾斜センサA2は、1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5の配置が、上述した傾斜センサA1と異なっている。1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5は、それぞれの中心が同一直線上に位置するように配置されている。3つの窓20bは、1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5の配置に対応して、それぞれの中心が同一直線上に位置する配置とされている。
このような実施形態によっても、この傾斜センサA2が実装される回路基板Sなどの面内方向における傾斜方向を適切に検出することができる。また、傾斜センサA2を製造するときには、基板1に対して、1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5を直列に搭載することが可能である。これは、たとえば1対の受光素子4A,4Bおよび発光素子5が三角形をなすように搭載する場合と比べて、製造効率を向上させるのに有利である。
図12〜図14は、本発明に係る傾斜センサの第3実施形態を示している。なお、これらの図においては、図1に示すカバー3を省略している。本実施形態の傾斜センサA3は、転動体収容部20aの断面形状が上述したいずれの実施形態とも異なっている。本実施形態においては、転動体収容部20aは、その断面形状が菱形状とされている。図12に示すように、傾斜センサA3が中立姿勢とされた場合は、転動体6は、発光素子5の正面に位置する。次に、図13に示すように、傾斜センサA3が図中時計回りに回転した姿勢とされた場合は、転動体6は、受光素子4Bの正面である正転遮光位置へと転動する。さらに、傾斜センサA3が回転させられると、図14に示すように傾斜センサA3は、倒立した姿勢とされる。この場合、転動体6は、転動体収容部20aにおいて中立位置とは反対側の位置に転動する。この位置を、倒立位置と呼ぶ。
転動体6が倒立位置にあると、発光素子5からの光は、1対の受光素子4A,4Bの双方によって受光される。これにより、1対の受光素子4A,4Bの双方から信号が出力されると、傾斜センサA3が倒立した姿勢であることを検出可能である。したがって、傾斜センサA3は、中立姿勢であること、中立姿勢から正転あるいは逆転された姿勢であること、および倒立した姿勢であること、の4つの状態を検出することができる。
上述した傾斜センサA1の場合、たとえば図9または図10に示す状態からさらに傾斜センサA1を回転させて倒立姿勢としても、傾斜センサA1によっては倒立姿勢であることを検出することはできない。傾斜センサA1によっては、正転あるいは逆転された姿勢であると検出されるだけである。傾斜センサA3によれば、結果的に倒立姿勢とされれば、これに至るまでの回転方向が正転方向または逆転方向であるかによって検出結果が異なるといった不具合が無い。
図15は、本発明に係る傾斜センサの第4実施形態を示している。本実施形態の傾斜センサA4は、発光手段として1対の発光素子5A,5Bを備えている点が、上述したいずれの実施形態とも異なっている。1対の発光素子5A,5Bは、基板1A上において1対の受光素子4A,4Bそれぞれの正面に配置されている。1対の発光素子5A,5Bは基板1A上の配線パターン上に搭載されている。この配線パターンは、ケース2の外側を回り込むこと、あるいはスルーホール(図示略)を設けることなどの手段により、端子7cに導通している。また、本実施形態においては、1対の面2aによって転動体収容部20aが規定されている。そして、1対の面2aのそれぞれに複数の凹部22が形成されている。このような実施形態によっても、傾斜センサA4の薄型化を図ることができる。また、傾斜センサA4を面実装可能であり、傾斜センサA4が実装される回路基板の面内方向における傾斜を検出することができる。
本発明に係る傾斜センサは、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る傾斜センサの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
複数の凹部22は、円形状に限定されず、様々な形状とすることができる。本発明で言う凹凸状とは、複数の凹部22を形成することのほかに、たとえば複数の凸部を配置することによって構成しても良い。また、たとえば、転動体6の側に複数の凹部を形成する構成としてもよい。転動体6は、膨出状の面を有するものが好ましいが、これに限定されず、あたとえば厚さが一定とされたものであってもよい。また、転動体6をタングステンなどの金属のみによって形成してもよい。発光素子4A,4Bから発光される光は、赤外線に限定されず、様々な波長の光を用いることができる。
A1、A2,A3,A4 傾斜センサ
S 回路基板
1 基板
2 ケース
2a 面
3 カバー
4A,4B 受光素子
5,5A,5B 発光素子(発光手段)
6 転動体
6a 面
7 配線パターン
7a,7b,7c (面実装用の)端子
8 ワイヤ
11 孔
20 空隙部
20a 転動体収容部
20b 窓
20c 素子収容部
21a,21b 突起
22 凹部
30 反射膜
31 孔
61 エジェクタピン跡
S 回路基板
1 基板
2 ケース
2a 面
3 カバー
4A,4B 受光素子
5,5A,5B 発光素子(発光手段)
6 転動体
6a 面
7 配線パターン
7a,7b,7c (面実装用の)端子
8 ワイヤ
11 孔
20 空隙部
20a 転動体収容部
20b 窓
20c 素子収容部
21a,21b 突起
22 凹部
30 反射膜
31 孔
61 エジェクタピン跡
Claims (3)
- 検出対象面に沿って離間配置された1対の受光素子と、
上記1対の受光素子に対して光を照射する発光手段と、
上記検出対象面に沿って転動する転動体と、
上記転動体を収容する空隙部と、を備えており、
上記空隙部は、上記検出対象面の面内方向における重力方向の変化により、上記転動体に、上記検出対象面の面内方向おいて上記1対の受光素子と重なる1対の遮光位置と、上記面内方向において上記1対の受光素子のいずれとも重ならない中立位置と、をとらせる形状とされている、傾斜センサであって、
上記検出対象面に沿って広がっており、かつその一面に上記1対の受光素子が搭載されている基板を備えており、
上記基板のうち上記一面とは反対側の面には、面実装用の複数の端子が形成されており、
上記空隙部を規定する上記検出対象面に沿って広がる面、およびこの面と正対する上記転動体の面の少なくともいずれかは、凹凸状とされていることを特徴とする、傾斜センサ。 - 上記転動体は、上記検出対象面に沿って広がる面の中央寄り部分が膨出した形状とされている、請求項1に記載の傾斜センサ。
- 上記発光手段は、上記基板の上記一面に搭載されており、かつ上記1対の受光素子が離間する方向における位置が、上記1対の受光素子の間にある1つの発光素子からなり、
上記空隙部を挟んで上記基板とは反対側に位置する反射面を備えている、請求項1または2に記載の傾斜センサ。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2011039029A (ja) * | 2009-08-12 | 2011-02-24 | Edison Opto Corp | 光学感応装置 |
WO2020098020A1 (zh) * | 2018-11-16 | 2020-05-22 | 凯睿隆誉(成都)科技有限公司 | 基于不可见光的铁塔倾斜监测方法及系统 |
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2007
- 2007-05-22 JP JP2007135062A patent/JP2008292172A/ja active Pending
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