KR20030044749A - 광전자 장치 및 힘 및/또는 모멘트 센서 - Google Patents

광전자 장치 및 힘 및/또는 모멘트 센서 Download PDF

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KR20030044749A
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드라이데코넥션 게엠베하
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Abstract

2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하기 위한 광전자 장치는, 적어도 4개의 광전자 소자를 포함하며, 적어도 3개의 광전자 소자가 제 1 평면에 배열되고 또 적어도 하나의 광전자 소자가 제 2 평면에 배열되는 방식으로, 광전자 소자들이 제 1 평면 및 상기 제 1 평면과 상이한 제 2 평면에 배열되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 제 1 및 제 2 기판을 갖는 이러한 장치를 구비한 힘 및/또는 모멘트 센서에 관한 것으로서, 제 1 기판 및 제 2 기판은 서로 탄성적으로 결합되고 또 서로에 대해 이동 가능하다. 마지막으로, 본 발명은 그러한 힘 및/또는 모멘트 센서가 구비된 개인용 컴퓨터 키보드에 관한 것이다.

Description

광전자 장치 및 힘 및/또는 모멘트 센서{ARRANGEMENT FOR THE DETECTION OF RELATIVE MOVEMENTS OR RELATIVE POSITIONS OF TWO OBJECTS}
본 발명은 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 것으로서, 적어도 4개의 광전자 소자를 포함하는 광전자 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그러한 장치를 이용하는 힘 및/또는 모멘트 센서에 관한 것이다. 마지막으로, 본 발명은 신규한 힘 및/또는 모멘트 센서를 포함하는 PC 키보드에 관한 것이다.
힘 및/또는 모멘트 센서에서 2개의 물체의 상대 운동의 검출을 위한 장치로서, 광전자 측정 전지를 갖는 장치가 폭 넓게 수용되어 왔다. 그 이유는, 그러한 장치가 구조가 간단하면서도 정밀도 및 신뢰도가 높기 때문이다.
독일 특허 공개 36 11 337 A1 호는, 6개의 운동성분, 즉 3개의 축을 따르는 변위 및 3개의 축을 중심으로 한 각 회전을 동시에 검출할 수 있는 플라스틱 볼에 수납된 광전자 장치를 개시하고 있다. 이 목적을 위해, 6개의 발광 수단이 동일한 각도 거리로 하나의 평면 내에 배열되어 있다. 각 발광 수단의 전방에는 고정 슬릿 격판이 설치되어 있다. 상대 운동 또는 상대 위치는 감광 검출기에 의해 감지되며, 감광 검출기는 발광 수단 및 슬릿 격판의 배치에 대해 상대적으로 이동 가능하게 배치되어 있고, 상기 검출기의 축은 슬릿 격판의 방향에 대해 본질적으로 수직으로 연장된다. 그러한 장치는 제조하는데 드는 힘이 비교적 적다. 왜냐하면, 발광 수단 및 격판 뿐만아니라 조절 및 평가를 위한 임의의 다른 전기적 수단은 종래의 솔더링 기법에 의해 단일 인쇄 기판상에 배열될 수 있고, 제 1 물체와 견고하게 결합될 수 있기 때문이다. 위치 감지 검출기는 제 2 물체와 결합된다. 그러나, 그러한 장치는 비교적 넓은 면적을 필요로 하는 것이 단점이다. 이것은, 발광수단 주위에 환상 패턴으로 배열되는 격판 및 검출기의 비교적 넓은 공간 크기에 의해 발생된다. 이것에 의해, 장치의 소형화가 억제된다.
속속들이 규명한 것으로 청구하지는 않지만 본 발명의 기술적 배경을 제시하고 있는 추가의 서류들은, 독일 특허 제 27 27 704 C3 호, 독일 특허 제 36 11 336 C2 호, 독일 특허 공개 32 40 241 A1 호, 미국 특허 3,921,445 호, 및 미국 특허 제 3,628,394 호이다.
상대 운동 또는 상대 위치를 측정하는 광전자 장치 뿐만아니라 그러한 장치를 이용하는 힘 및/또는 모멘트 센서는, 주로 공업적 용도에서 과거에 그 중요성이 증대되었다. 그것의 예는 자동 시험 및 측정 벤치(bench)에서의 로봇 제어 및 힘의 측정이다. 그러나, 일반적으로 사무 분야 및 전자 오락 분야의 장치 및 센서에도 상업적으로 가장 흥미 있는 적용이 시도되고 있다. 여기서, 그 장치는, 대체로 2개의 성분만을 입력하는 것을 가능하게 하는 트랙 볼의 마우스나 조이스틱과는 대조적으로, 최대 6개의 성분을 입력할 수 있는 입력 장치의 기능을 갖는다. 광전자 장치를 갖는 힘 및/또는 모멘트 센서에 의해 제공되는 단순하고 편리한 6개의 입력 성분은, 예컨대 3차원 설계 소프트웨어나 복잡한 컴퓨터 게임의 제어에 바람직하 다. 그러나, 현재의 입력 장치는, 그것의 표면의 필요 조건 때문에 확실이 다루기가 힘들고, 임의의 폭넓은 배급을 방해한다. 소형화에 의해, 예컨대 게임 콘솔, PC 키보드 또는 노트북 컴퓨터 내에 설치하는 것이 가능하게 되고, 그에 따라 폭넓은 시장 진출이 가능해질 것이다.
종래 기술의 상태를 근거로, 본 발명은 기존의 장치에 비해서 표면의 필요 조건이 감소된, 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 장치를 형성하는 목적을 기초로 하고 있다. 또한, 본 발명은 기존의 센서에 비해서 표면의 필요 조건이 감소된 힘 및/또는 모멘트 센서를 형성하는 목적을 기초로 하고 있다. 마지막적으로, 본 발명은 최대 6개의 힘 또는 토크 성분의 복잡하지 않은 입력이 가능한 사무 환경에 적용하기 위한 입력 장치를 형성하는 목적을 기초로 하고 있다.
이 목적을 해결하기 위해, 본 발명은 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 것으로서, 적어도 4개의 광전자 소자를 포함하고 있는 광전자 장치에 있어서, 상기 광전자 소자는, 적어도 3개의 광전자 소자가 제 1 평면에 배열되고 적어도 하나의 광전자 소자가 제 2 평면에 배열되는 방식으로, 적어도 하나의 제 1 평면에 그리고 상기 제 1 평면과는 다른 제 2 평면에 배열되는 것을 특징으로 하는 광전자 장치를 개시한다. 또한, 본 발명은 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하기 위한 광전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 힘 및/또는 모멘트 센서를 개시한다. 마지막으로, 본 발명은 힘 및/또는 모멘트 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 개인용 컴퓨터 키보드를 개시한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 본 발명의 각각의 4개의 광전자 소자는 위치 감지 검출기, 바람직하게는 위치 감지 적외선 검출기 또는 발광 수단, 바람직하게는 적외선 발광 다이오우드(ILED: Infrared Light Emitting Diode)이다.또한, 각 위치 감지 검출기가 발광 수단에 의해 조명되어 측정 전지를 형성하는 것이 바람직하다.
본 발명의 발달에 있어서, 하나의 위치 감지 검출기가 정확히 하나의 발광 수단에 의해 조명되어 측정 전지를 형성한다. 본 발명의 다른 발달에 있어서, 2개의 위치 검출기가 하나의 발광 수단에 의해 조명되어 공통 발광 수단을 갖는 2개의 측정 전지를 형성한다. 그것에 의해, 발광 수단이 항상 각각의 위치 감지 검출기중 단 하나와 함께 측정 전지를 형성하도록 바람직하게는 매번 2개의 위치 감지 검출기 중 하나 또는 다른 하나만이 판독된다.
매번, 발광 수단은 단 하나의 위치 감지 검출기와 관련되어 있기 때문에, 위치 감지 검출기의 출력 신호는, 각 위치 감지 검출기가 동일한 일정한 양의 빛을 받는 방식으로 각각의 관련된 발광 수단의 전류를 조절하기 위해 사용될 수 있다. 이것은, 전체의 측정 전지가 온도 및 노후화의 영향 뿐만아니라 오염 및 부품의 공차에 의해 크게 영향을 받지 않기 때문에 유리하다. 위치 감지 적외선 검출기의 출력 신호는 추가의 처리를 위한 아날로그/디지털 변환기에 전송되고 또 그곳으로부터 마이크로프로세서에 전송된다.
발광 수단은, 각 구역에서 평탄하거나 볼록한 폐쇄된 가상의 제 1 표면상에서 그들 각각의 방사 방향이 제 1 표면에 의해 규정된 제 1 내부 공간을 향해 연장되는 방식으로 배열되어 있으므로, 본 발명의 바람직한 발달에서 특히 소형의 구조가 달성된다. 또한, 위치 감지 검출기는, 그들 각각의 감광 측면이 제 2 표면에 의해 규정된 제 2 내부 공간을 향해 연장되는 방식으로, 각 구역에서 평탄하거나볼록한 폐쇄형의 제 2 가상 표면상에 배열되는 것이 바람직하다. 제 1 및 제 2 내부 공간은, 발광 수단 및 위치 감지 검출기가 배열되는 공통 내부 공간이 형성되도록 부분적으로 또는 더욱 완전하게 일치하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 발광 수단으로부터 반대쪽의 위치 감지 검출기까지의 측정 전지의 광선은 항상 공통 내부 공간을 통과한다.
광전자 장치에 의해 항상 6개의 자유도, 즉 3개의 직선 독립 축을 따르는 이동 및 3개의 직선 독립 축을 중심으로 하는 회전을 측정할 수 있도록 하기 위해서, 광전자 장치의 바람직한 실시예는 6개의 위치 감지 검출기를 포함한다. 바람직하게는, 각 평면은 3개의 위치 감지 검출기를 포함하고 있다. 또한, 각 평면의 위치 감지 검출기는, 위치 감지 검출기가 배열되는 평면에 대해 본질적으로 수직으로 연장된 축을 중심으로 회전하도록 서로에 대해 본질적으로 동일한 각 거리로 배향되는 것이 바람직하다. 공통 평면에 배열된 3개의 위치 감지 검출기에 의하면, 제 2 및 제 3 위치 감지 검출기는, 제 1 위치 감지 검출기의 방향에 대해 각각 완전한 1 회전의 본질적으로는 1/3 또는 2/3 만큼 회전한다.
또한, 제 1 및 제 2 평면 및 전체의 다른 평면(제공되는 경우)은 서로 평행하게 배열된다.
본 발명의 발달 과정에서, 제 1 평면의 발광 수단 및 제 2 평면의 발광 수단은 서로 상하로 쌍으로 배열된다. 같은 방식으로, 제 1 평면의 위치 감지 검출기 및 제 2 평면의 위치 감지 검출기는 서로 상하로 쌍으로 배열된다. 이것은, 2개의 발광 수단 또는 2개의 위치 감지 검출기의 본질적으로는 수직 돌출부가 2개의 평면중 하나와 각각 일치하는 것을 의미한다. 상하로 배치된 위치 감지 검출기의 쌍은, 제 1 또는 제 2 평면에 대해 본질적으로 수직인 이동을 검출하기 위한 위치 감지 검출기와, 제 1 또는 제 2 평면에 대해 본질적으로는 수평인 이동을 검출하기 위한 위치 감지 검출기를 포함하는 것이 바람직하다.
특히 소형의 바람직한 구조에 있어서, 위치 감지 검출기의 2개의 쌍 사이에 측방향 크기가 작은 발광 수단이 배열된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하는 광전자 장치는 하나의 슬릿 격판(slit diaphragm)도 포함하며, 상기 슬릿 격판은 발광 수단과 위치 감지 검출기 사이에서 발광 수단의 광로(beam path)에 배치되므로, 협소한 광선만이 하류의 위치 감지 검출기에 충돌한다. 슬릿 격판의 틈새(slit)의 방향은 위치 감지 검출기의 검출기 축에 대해 본질적으로 수직으로 향한다.
각각의 발광 수단과 슬릿 격판의 하나의 부품의 상대 운동 또는 상대 위치를 측정할 수 있도록 하기 위해서, 검출기는 다른 2개의 요소에 대해 이동 가능해야 한다. 바람직한 실시예에 있어서, 발광 수단 및 위치 감지 검출기는 인쇄 기판상에 고정 장착되는 한편, 슬릿 격판은 그들에 대해 이동 가능하다. 이것은, 전체의 전자 부품이 단일 인쇄 기판상에 수용될 수 있기 때문에 유리하다.
특히 바람직한 실시예에 있어서, 발광 수단 및 위치 감지 검출기는 내측을 향하는 실린더형 인쇄 기판의 측면에 설치된다.
실린더형 인쇄 기판은, 그 표면이 실린더의 표면에 의해 또는 실린더의 표면의 일부분에 의해 규정되는 인쇄 기판이다. 실린더의 표면은 곡선을 따르는 직선의 평행 이동에 의해 형성된다.
특히, 인쇄 기판은 광전자 검출기를 외부 편향 광선으로부터 보호한다.
본 발명의 힘 및/또는 모멘트 센서는 제 1 및 제 2 기판을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 기판은 서로 탄성적으로 결합되어 있고 또 서로에 대해 이동 가능하게 되어 있다. 또한, 그것은 제 1 및 제 2 기판의 서로에 대한 이동을 검출하기 위한 장치도 포함하고 있다. 상기 제 1 및 제 2 기판은 인쇄 기판인 것이 바람직하며, 제 1 기판은 전체의 전자 부품, 특히 발광 수단 및 위치 감지 검출기 뿐만아니라 발광 수단의 전류를 조절하는 제어 일렉트로닉스, 증폭기(필요한 경우) 및 데이터 변환을 위한 디지털부 및/또는 다른 수단을 지지하고 있다. 전체의 전자 부품을 하나의 인쇄 기판상에만 배열하는 것에 의해, 제조하는 동안 조립 비용이 상당히 감소된다.
2개의 기판은, 헬리컬 스프링, 스프링 조립체, 엘라스토머, 주물 수지 중에서 하나로부터 또는 그의 조합으로부터 선택되는 적어도 하나의 스프링 및/또는 감쇠 수단에 의해 결합된다. 이들 스프링 및/또는 감쇠 수단은 힘과 토크를 흡수한다. 그들의 탄성 특성이 알려져 있으면, 2개의 기판의 상대 위치로부터 서로에 대해 작용하는 힘과 토크를 측정할 수 있다.
2개의 기판은 3개의 스프링 및/또는 감쇠 수단에 의해 서로 탄성적으로 결합되는 것이 바람직하다. 스프링 및/또는 감쇠 수단은 측정 전지도 배열되어 있는 중심부의 둘레에 회전 대칭 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 이것은, 힘 및/또는 모멘트 센서에 항상 대칭적인 힘이 작용하고 있기 때문에 유리하다. 정확히3개의 스프링 또는 감쇠 수단이 서로에 대해 완전한 1회전의 1/3 만큼 각각 회전한 상태로 배열되는 것이 특히 바람직하다.
바람직한 실시예에 있어서, 스프링 및/또는 감쇠 수단 중 적어도 하나는 적어도 하나의 헬리컬 스프링을 포함하며, 그것의 2개의 대향 말단은 솔더링에 의해 제 1 또는 제 2 기판과 각각 견고하게 결합되어 있다. 이러한 방식으로, 헬리컬 스프링은 모든 방향으로 부하가 가해질 수 있다. 즉, 스프링이 그들 시트에서 이동하거나 또는 심지어 그의 외부로 빠져나오는 일 없이, 장력과 압축력 뿐만아니라 스프링을 횡단하여 작용하는 힘을 가할 수 있다.
힘 및/또는 모멘트 센서의 바람직한 실시예는, 2개의 기판의 서로에 대한 상대 운동을 제한하는 적어도 하나의 정지 수단을 더 포함하고 있다. 이것은, 하나의 기판과 확고하게 결합된 정지 볼트에 의해 실현되는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 힘 및/또는 모멘트 센서는 과부하로부터 보호된다.
2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하는 장치의 신규한 배치로부터, 다음과 같은 유리한 특성이 생긴다.
1. 제조 비용이 적은 가장 소형의 구조
2. 고 직선성, 저 히스테리시스, 및 광전자 측정 전지의 적용에 의한 마모로부터의 높은 자유도.
힘 및/또는 모멘트 센서의 신규한 배치로부터, 전술한 것 이외에 다음과 같은 유리한 특성이 생긴다.
3. 정지 수단의 적용에 의해 손상의 가능성이 낮음.
PC 키보드의 독창적인 배치로부터, 전술한 것 이외에 다음과 같은 유리한 특성이 생긴다.
4. 신규한 개인용 컴퓨터 키보드는 개인용 컴퓨터 작업장에서 최대 6개의 복잡하지 않는 성분의 입력이 가능하다.
추가의 특징, 특성, 이점, 및 가능한 수정은, 첨부 도면을 참조하면 바람직한 실시예의 하기의 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 것이다.
도 1은 제 2 기판을 제거한 상태의, 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 신규한 광전자 장치를 갖는 신규한 힘 및/또는 모멘트 센서의 바람직한 실시예의 사시도,
도 2는 기판을 설치한 상태의, 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 신규한 광전자 장치를 갖는 신규한 힘 및/또는 모멘트 센서의 바람직한 실시예의 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40, 60 : 발광 요소42, 62 : 위치 감지 검출기
80 : 인쇄 기판120 : 제 1 기판
122 : 스프링 및/또는 감쇠 수단
124 : 정지 수단140 : 제 2 기판
도 1에 도시된 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 광전자 장치는, 12개의 광전자 소자, 즉 제 1 평면과 상기 제 1 평면과는 다른 제 2평면에 배열된 6개의 ILED(40, 60)와 6개의 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)를 포함한다. 6개의 광전자 소자(40, 42), 즉 3개의 ILED(40) 및 3개의 위치 감지 적외선 검출기(42)는 제 1 평면에 배열되고, 그리고 나머지 6개의 광전자 소자(60, 62), 즉 3개의 ILED(60) 및 3개의 위치 감지 적외선 검출기(62)는 제 2 평면에 배열된다.
각 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)는 ILED(40, 60)에 의해 조명된다. 그것에 의해, 하나의 ILED(40, 60)가 정확히 하나의 위치 감지 검출기(42, 62)에 조명을 비춰 하나의 측정 전지를 형성한다. 각 측정 전지의 광전자 소자가 배치된 동일 평면에 광선이 퍼진다.
ILED는 인쇄 기판상에 쌍으로 장착되고, 이 인쇄 기판은 위치 감지검출기(42, 62)가 장착된 인쇄 기판과 함께 육각형 단면을 갖는 폐쇄된 실린더형 표면(80)을 형성한다. 상측 및 하측의 평탄한 말단 표면으로 폐쇄된 실린더형 표면의 개구를 가정하면, 각 구역이 평탄하거나 볼록한 가상의 폐쇄된 제 1 표면이 생긴다. 이 표면의 내측에는, 6개의 ILED(40, 60)가 그들 각각의 방사 방향이 제 1 표면에 의해 규정된 제 1 내측 공간을 향해 연장하는 방식으로 배열된다. 다시 말해서, 전체의 ILED(40, 60)는 인쇄 기판(80)의 내측으로부터 인쇄 기판(80)에 의해 규정된 실린더의 내부에 빛을 비춘다.
ILED(40, 60)과 마찬가지로, 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)가 인쇄 기판(80)의 내측에, 즉 평탄하거나 볼록한 폐쇄된 가상의 제 2 표면상에 장착된다. 6개의 위치 감지 검출기(42, 62)가, 그들 각각의 감광 측면이 제 2 내부 공간을 향하는 방식으로 배열된다. 제 1 및 제 2 표면은 동일하므로 제 1 및 제 2 내부 공간은 완전히 일치하여 공통의 내부 공간을 형성한다. 따라서, 발광 수단(40, 60) 및 위치 감지 검출기(42, 62)는 공통 내부 공간의 둘레에 배열된다. 측정 전지의 ILED(40, 60) 및 관련된 위치 감지 검출기(42, 62)는 서로 반대쪽에 배열되고 그리고 빛이 공통 내부 공간을 횡단한다.
여기에 도입된 바람직한 실시예의 광전자 장치는 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 6개의 자유도로, 즉 3개의 직선 독립 공간 방향의 변위와 그리고 3개의 직선 독립 공간 방향을 중심으로 한 회전으로 측정할 수 있다. 이 목적을 위해, 6개의 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)가 제공되며, 이것은 6개의 ILED(40, 60)와 함께 6개의 측정 전지를 형성한다. 또한, 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)의 각각은 인쇄 기판(80)에 의해 규정된 실린더형 표면의 대칭 축을 중심으로 한 완전한 1회전의 1/3 만큼 서로에 대해 회전한 상태로 배열된다. 정확히 동일한 방식으로, ILED(40, 60)는 대칭 축을 중심으로 한 1회전의 1/3 만큼 서로에 대해 회전한 상태로 배열된다. 대칭축은 제 1 및 제 2 평면에 대해 수직으로 뻗어 있다.
제 1 평면의 하나의 ILED(40)와 제 2 평면의 하나의 ILED(60)는 서로 상하 쌍으로 배치되어 있다. 정확히 동일한 방식으로, 제 1 평면의 위치 감지 적외선 검출기(42) 및 제 2 평면의 위치 감지 적외선 검출기(62)는 항상 서로 상하 쌍으로 배치되어 있다. 2개의 평면 중 하나에서 2개의 ILED(40, 60) 또는 2개의 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)의 수직 돌출부는 항상 일치한다. ILED 쌍(40, 60)은 2쌍의 위치 감지 적외선 검출기(42, 62) 사이에 각각 배치되어 있다.
서로 상하로 장착된 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)의 쌍은 제 1 평면에 대해 수직인 이동을 검출하기 위한 하나의 위치 감지 적외선 검출기(42)와, 제 1 평면내의 이동을 검출하기 위한 하나의 위치 감지 적외선 검출기(62)로 이루어져 있다.
이 목적을 위해, 슬릿 격판(22, 64)이 위치 감지 적외선 검출기의 전방에 있는 ILED의 광로에 배치되어 있다. 상기 슬릿 격판은 협소한 틈새를 포함하고 있어, 협소한 광선 스트립만이 위치 감지 검출기(42, 62)에 충돌한다. 슬릿 격판의 틈새의 방향은 검출기의 축, 즉 검출기의 측정 방향에 대해 수직이다. 시스템의 발광 요소(40, 60), 슬릿 격판(44, 64), 및 위치 감지 적외선 검출기(42, 62) 중 하나의 요소가 다른 요소에 대해 이동 가능하도록 배열되어 있으므로, 측정 전지는상대 운동 및 상대 위치를 검출할 수 있다.
본 명세서에 소개한 바람직한 실시예에 있어서, 슬릿 격판(44, 64)은 위치 감지 검출기(42, 62) 및 발광 수단(40, 60)에 대해 이동 가능하다. 위치 감지 검출기(42, 62) 및 ILED(40, 60)는 실린더형 인쇄 기판(80)상에 견고하게 배치된다. 중첩 배치된 한 쌍의 검출기가 할당되는 슬릿 격판(44)은, 2개의 틈새가 서로 수직으로 뻗은 단일의 슬릿 격판(44, 64)에 결합된다.
도 1 및 도 2에 도시된 힘 및/또는 모멘트 센서는 제 1 기판(120) 및 제 2 기판(140)으로 이루어지고, 그들은 서로 탄성적으로 결합하며 또 서로에 대해 이동 가능하다. 그것에 의해, 제 1 기판(120)과 제 2 기판(140) 사이의 상대 운동 또는 상대 위치의 검출을 위한 신규한 장치가 제공된다. 제 1 기판은, ILED(40, 60) 및 위치 감지 적외선 검출기(42, 62)를 지지하고 있는 인쇄 기판(80)이 확고하게 납땜되는 인쇄 기판인 것이 바람직하다. 제 1 기판(120)은 추가의 전자 부품을 지지하고 있다. 슬릿 격판(44, 64)은 납땜에 의해 제 2 기판(140)과 견고하게 결합된다.
헬리컬 스프링(122)은 제 1 기판(120)과 제 2 기판(140)을 서로 탄성적으로 결합하는 스프링 수단으로서 작용한다. 이 헬리컬 스프링(122)의 일단부는 제 1 기판(120)에 납땜 결합되고 그의 타단부는 제 2 기판(140)에 결합된다. 적외선 발광 다이오드(40, 60)의 각 쌍에서 기판(80)의 외측 근방에, 회전 대칭상태로 배열된 3개의 헬리컬 스프링이 제공된다.
2개의 기판(120, 140)의 상대 운동 또는 상대 위치를 제한하여 임의의 과부하가 힘 및/또는 모멘트 센서에 손상을 일으키지 않도록 하기 위해, 정지 볼트 형태의 3개의 정지 수단(124)이 제공된다. 정지 볼트는 제 1 기판(120)에 견고하게 결합되고 또 제 2 기판(140) 내의 구멍(130)을 통해 돌출한다. 제 2 기판(140)에 대한 제 1 기판(120)의 수평 이동은, 정지 수단(124)의 직경과 제 2 기판(140) 내의 구멍(130)의 직경에 의해 결정된다. 2개의 기판(120, 140)의 서로에 대한 이동은 볼트 형상의 정지 수단(124)에 있는 확대부(126, 128)에 의해 제한된다. 제 2 기판(140)으로부터 볼트(124)를 향하는 확대부(126, 128)의 거리는, 제 1 기판(120) 및 제 2 기판(140)이 수직 방향으로 서로에 대해 이동 가능한 범위를 결정한다.
본 발명은 제조 비용이 적고 소형의 구조이며, 광전자 측정 전지의 적용에 의해 마모가 적고, 정지 수단의 적용에 의해 손상의 가능성이 낮고, 최대 6개의 복잡하지 않는 성분의 입력이 가능하다.

Claims (21)

  1. 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하기 위한 것으로서 적어도 4개의 광전자 소자를 포함하는 광전자 장치에 있어서,
    상기 광전자 소자는, 적어도 3개의 광전자 소자가 제 1 평면에 배열되고 적어도 하나의 광전자 소자가 제 2 평면에 배열되는 방식으로, 적어도 하나의 제 1 평면에 그리고 상기 제 1 평면과는 다른 제 2 평면에 배열되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 4개의 광전자 소자의 각각은 위치 감지 검출기(42, 62) 또는 발광 수단(40, 60)이며, 각각의 상기 위치 감지 검출기(42, 62)가 발광 수단(40, 60)에 의해 조명되어 측정 전지를 형성하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    하나의 발광 수단(40, 60)이 정확히 하나의 위치 감지 검출기(42, 62)를 각각 조명하여 하나의 측정 전지를 형성하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    하나의 발광 수단(40, 60)이 적어도 2개의 위치 감지 검출기(42, 62)를 조명하여 공통 발광 수단(40, 60)을 갖는 2개의 측정 전지를 형성하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광 수단(40, 60)은, 그들 각각의 방사 방향이 제 1 표면에 의해 규정된 제 1 내측 공간내로 연장되는 방식으로, 각 구역이 평탄하거나 볼록한 폐쇄된 가상의 제 1 표면상에 배열되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 감지 검출기(42, 62)는, 그들 각각의 감광성 측면이 제 2 표면에 의해 규정된 제 2 내측 공간을 향하는 방식으로 각 구역이 평탄하거나 볼록한 폐쇄된 가상의 제 1 표면상에 배열되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 내측 공간이 부분적으로 또는 완전히 일치하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자 장치는 6개의 자유도를 측정하기 위한 적어도 6개의 위치 감지 검출기(42, 62)를 포함하며, 각 평면은 정확히 3개의 위치 감지 검출기(42, 46)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 위치 감지 검출기(42, 62)는, 상기 위치 감지 검출기(42, 62)가 배열되는 평면에 대해 본질적으로 수직으로 연장하는 축을 중심으로 회전한 상태로 서로에 대해 본질적으로 동일한 각도 거리로 배향되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평면은 본질적으로 서로 평행한 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 평면의 하나의 발광 수단(40) 및 상기 제 2 평면의 하나의 발광 수단(60)은 서로 상하로 쌍으로 배열되고, 바람직하게는 상기 제 1 평면의 위치 감지 검출기(42) 및 상기 제 2 평면의 위치 감지 검출기(62)는, 2개의 발광 수단(40, 60) 또는 2개의 위치 감지 검출기(42, 62)의 수직 돌출부가 2개의 평면 중 하나에서 본질적으로 각각 일치하는 방식으로, 서로 상하로 쌍으로 배열되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    서로 상하로 배열된 위치 감지 검출기(42, 62)의 쌍은 제 1 평면 또는 제 2 평면에 대해 본질적으로 수직인 이동을 검출하기 위한 위치 감지 검출기(42)와, 본질적으로는 제 1 또는 제 2 평면내의 이동을 검출하기 위한 위치 감지 검출기(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 전지는 상기 발광 수단(40, 60)과 상기 위치 감지 검출기(42, 62) 사이의 발광 수단(40, 60)의 광로에 배치된 하나의 슬릿 격판(44, 64)을 더 포함하고, 상기 위치 감지 검출기(42, 62)의 축은 상기 슬릿 격판(44, 64)의 틈새 방향에 대해 본질적으로 수직으로 정렬되고, 상기 시스템의 요소는 발광 수단(40, 60), 슬릿 격판(44, 64), 및 2개의 다른 요소에 대해 이동 가능한 검출기(42, 62)로 구성되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    각 측정 전지에서, 상기 슬릿 격판(44, 64)은 위치 감지 검출기(42, 62) 및 발광 수단(40, 60)에 대해 이동 가능한 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 위치 감지 검출기(42, 62) 및/또는 발광 수단(40, 60)은 실린더형의 인쇄 기판(80)상에 장착되는 것을 특징으로 하는
    광전자 장치.
  15. 서로 탄성적으로 결합되고 또 서로에 대해 이동 가능한 제 1 기판(130) 및 제 2 기판(140)을 갖는 힘 및/또는 모멘트 센서에 있어서,
    제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 2개의 물체의 상대 운동 또는 상대 위치를 검출하기 위한 광전자 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 기판(120, 140)은 적어도 하나의 스프링 및/또는 감쇠 수단(122)을 거쳐 서로 결합되는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    적어도 하나의 스프링 및/또는 감쇠 수단(122)은 헬리컬 스프링, 스프링 조립체, 주물 수지 중 적어도 하나 또는 그의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 스프링 및/또는 감쇠 수단(122)은 본질적으로 회전 대칭상태로 배열되는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스프링 및/또는 감쇠 수단(122) 중 적어도 하나는 납땜에 의해 상기 제 1 및 제 2 기판(120, 140)에 견고하게 결합된 적어도 하나의 헬리컬 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에 대한 상기 제 1 기판의 이동을 제한하는 적어도 하나의 정지 수단(124)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    힘 및/또는 모멘트 센서.
  21. 제 15 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 따른 힘 및/또는 모멘트 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는
    개인용 컴퓨터 키보드.
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