專利名稱：一種用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用來探測兩物體間的相對運動或者相對位置的光電裝置，其包括至少四個光電元件。而且，該發明涉及使用該裝置的力和/或力矩感應器。最后，本發明涉及一種包括本發明的力和/或力矩感應器的個人計算機鍵盤。
背景技術：
對于在通過力和/或力矩感應器來探測兩物體間相對運動或者相對位置的裝置中的使用，德國3611337A1號專利和德國3314089C2號專利披露了具有光電測量單元的裝置；歐洲0117/334A2號專利披露了具有應變儀的裝置。因為其結構簡單且具有高精度和高可靠性，所以具有光電測量單元的裝置已經被廣泛地接受。
德國3611337A1號專利公開了一種光電裝置，該裝置容置于一個塑料球中，該裝置可同時探測六個分量，即沿三個軸的直線位移和繞三個軸的角位移。為此，六個發光裝置被等角距離地布置在一個平面內。每個發光裝置的前面安裝有一個固定的狹縫控光裝置。相對運動或相對位置可被感光探測器所感應，該感光探測器相對發光裝置和狹縫控光裝置的排列可移動地設置，且該裝置的探測器軸線沿基本垂直于狹縫的方向延伸。該裝置要求相對較低的構造要求，因為發光裝置和控光裝置及其他用來控制和估算的電氣裝置可被安裝在一塊單個的印刷板上，該印刷板通過傳統的焊接技術與第一物體固連。位置敏感探測器與第二物體相連接。然而，該裝置的缺點在于其需要一個較大的面積。這是由控光裝置和探測器的相對較大空間區域所引起的，其中控光裝置和探測器圍繞發光裝置以環形模式布置。這限制了所述裝置的小型化。
表明了本發明的技術背景、并且并未窮舉的其他文件為德國2727704C3號專利、德國3611336C2號專利、德國3240251A1號專利、美國3921445號專利和美國3628394號專利。
主要在工業應用上，用來測量相對運動或者相對位置的光電裝置和使用該裝置的力和/力矩感應器的重要性在過去已經增加。例如在自動化測試中和在測量臺上對機器人的控制和對力的測量。然而，該裝置和感應器通常被商業性地提供于辦公領域和娛樂電子領域的最感興趣的應用中。這里，它們具有輸入裝置的功能，通過該輸入裝置最多可以輸入六個量，與操縱桿、鼠標或者軌跡球相比，后者通常只允許輸入兩個量。通過一個具有光電裝置的力和/或力矩感應器提供簡單且方便的六個量的輸入是希望的，如在3D設計軟件或者高級計算機游戲的控制中。由于其表面要求，目前的輸入裝置操作的確笨拙，這不利于任何廣泛的銷售。輸入裝置的小型化將會允許將其安裝入游戲控制臺、個人計算機鍵盤或者筆記本計算機中，因此可使其廣泛地進入市場。
基于該技術發展水平，因此本發明的目的是生產一種用來探測兩個物體間相對運動和相對位置的裝置，且與現有的裝置相比，該裝置的表面要求降低了。在此目的基礎上，本發明還要進一步生產一種力和/或力矩感應器，且與現有的裝置相比，該裝置的表面要求也降低了。最后，在此目的基礎上，本發明還要生產一種用于辦公環境中的輸入裝置，該裝置允許進行最多六個力或扭矩量的簡單輸入。
發明內容
為了達到這一目的，本發明在第一實施例中教導了一種用來探測兩物體間相對運動或相對位置的光電裝置，其中該裝置包括至少四個光電元件，并且被權利要求1的特征所限定。在這種情況下，第一、第二平面，以及，如果可行的話，所有其他平面彼此之間均基本平行設置。根據本發明的用來探測兩物體的相對運動或者相對位置的一種光電裝置的第二實施例由權利要求2限定。在這種情況下，至少四個光電元件被布置于兩個并排定位的表面上。因為與平面相比，這兩個表面具有一個被限定的邊緣，它們可被布置在同一個平面內，但是彼此相互間隔。作為備選，該兩平面可被彼此間隔地布置在不同的平面中(例如不同的水平面)，也就是說，彼此不接觸或者不交叉。本發明還教導了一種由權利要求16的特征所限定的力和/或力矩感應器。最后，其教導了由權利要求22的特征所限定的一種個人計算機鍵盤。
本發明的一個實施例中，四個光電元件中的每個元件或者是位置敏感探測器(優選是紅外位置敏感探測器)，或者是發光裝置(優選是紅外發光裝置)。而且，每個位置敏感探測器優選被一個發光裝置照亮，以形成以一個測量單元。
在本發明的一個改進中，一個發光裝置精確地照亮一個位置敏感探測器，以形成一個測量單元。在作為備選的本發明的改進中，兩個位置敏感探測器被一個發光裝置照亮，以形成具有一個共同的發光裝置的兩個測量單元。在這種情況下，優選在每個時刻，兩個位置敏感探測器中只有某一個或者另外一個被閱讀，以至發光裝置總是形成僅具有一個位置敏感探測器的一個測量單元。
由于在每個時刻，一個發光裝置只與一個位置敏感探測器相關聯這一事實，因此位置敏感探測器的輸出信號可用來控制分別關聯的發光裝置的電流，使得每個位置敏感探測器接收相等且恒定的光量。其優點在于所有測量單元普遍不受溫度、老化、污染物和元件公差的影響。紅外位置敏感探測器的輸出信號還被傳輸給一個模擬/數字轉換器來進一步處理，并且從該處傳輸給一微處理器。
本發明的一個優選的改進提供了一種特別緊湊的結構，其中將發光裝置布置在一個封閉的、假想的且在每一位置都是平面的或者凸面的第一表面上，即使得發光裝置各自的發射方向指向由第一表面限定的第一內部空間之內。還優選將所述位置敏感探測器還布置在一個封閉的、假想的且在每一位置都是平面的或者凸面的第二表面上，也就是說，使得它們各自的感光側指向由第二表面限定的第二內部空間之內。第一和第二內部空間優選部分重合或者甚至全部重合，從而產生一個共同的內部空間，圍繞該內部空間布置發光裝置和位置敏感探測器。因此，在本發明的一個優選實施例中，從發光裝置到其相對的位置敏感探測器的測量單元的光線總是橫穿該共同的內部空間。
為了能夠通過光電裝置來測量所有的六個自由度，也就是沿三個線性獨立的軸的移動和繞該三個線性獨立軸的轉動，一個優選實施例中，該裝置包括六個位置敏感探測器。在這種情況下，每個平面優選包括三個位置敏感探測器。而且，每個平面上的位置敏感探測器以彼此之間角距離基本相等的形式定位，從而該探測器圍繞一個基本垂直于位置敏感探測器所在平面的軸轉動。這意味著當三個位置敏感探測器被布置在同一個平面內時，第二和第三位置敏感探測器相對于第一位置敏感探測器的方向分別大致旋轉一個整圈的三分之一或者三分之二。
在本發明的一個改進中，第一平面的發光裝置和第二平面的發光裝置被成對布置，且其中一個置于另外一個之上。以同樣的方式，第一平面的位置敏感探測器和第二平面的位置敏感探測器成對布置，且其中一個置于另外一個之上。這意味著兩個發光裝置或者兩個位置敏感探測器在基本垂直方向上的投影分別重合于兩平面之一上。特別優選的是，上下布置的成對的位置敏感探測器包括兩個位置敏感探測器，其中一個用來探測基本垂直于第一或者第二平面的運動，另外一個用來探測基本上與第一或者第二平面相水平的運動。這意味著兩個發光裝置和/或兩個位置敏感探測器于基本垂直方向上的投影在兩平面之一上重合。特別優選的是，每對重疊的位置敏感探測器包括兩個位置敏感探測器，其中一個用來探測基本垂直于第一或者第二平面的運動，另外一個用來探測基本與第一或者第二平面相水平的運動。
發光裝置特別緊湊，其橫向寬度小，且因此其結構優選被布置在每兩對位置敏感探測器之間。
在一個優選的實施例中，用來探測相對運動和相對位置的光電裝置還包括一個狹縫控光裝置，該狹縫裝置被布置在發光裝置和位置敏感探測器之間的發光裝置的光路上，以至只有一條狹窄的光柱刺射在位置敏感探測器的下游位置上。狹縫控光裝置的狹縫的方向基本垂直于位置敏感探測器的探測器軸。
為了能夠測量相對運動或者相對位置，系統中的每個元件，即發光裝置、狹縫控光裝置和探測器相對其它兩個元件必須是可移動的。在一個優選的實施例中，發光裝置和位置敏感探測器固定地安裝在一個印刷板上，而狹縫控光裝置可相對它們移動。其優點在于所有的電氣元件均可被容置在一個單個的印刷板上。
在一個特別優選的實施例中，發光裝置和位置敏感探測器被設在一個柱形印刷板的朝內的一側上。
柱形印刷板是一種其表面由圓筒表面或者圓筒表面的一部分來限定的印刷板。圓筒的表面是由一條直線沿一條曲線的平行移動來形成的。
其中，印刷板為光電探測器屏蔽外部的散射光。
根據本發明的力和/或力矩感應器包括第一板和第二板，其中第一板和第二板彼此相互彈性連接且可相對運動。感應器還包括本發明的用來探測第一板和第二板的相對運動的裝置。在這種情況下，這些板優選為印刷板，其中第一板設置有所有的電氣元件，具體包括發光裝置、位置敏感探測器、以及用來控制發光裝置電流的控制電子儀器、放大器，如果需要，還要包括一個用于數字變換的數字部分和/或其他裝置。通過將所有電子元件布置在僅一塊印刷板上，在加工過程中該組件的成本被大大降低。
兩板通過至少一個彈簧裝置和/或阻尼裝置來連接，優選由下列元件之一或其組合連接螺旋彈簧、彈簧組件、彈性體、注塑樹脂。這些彈簧和/或阻尼裝置吸收力和扭矩。如果它們的彈性性質是已知的，那么相互作用的力和扭矩可以通過兩個板的相對位置來測量。
所述兩個板優選通過三個彈簧裝置和/或阻尼裝置來彼此彈性連接。該彈簧和/或阻尼裝置優選以旋轉對稱的方式繞一個中心來布置，測量單元也圍繞該中心布置。其優點在于，對稱的恒定力作用于力和/或力矩感應器。特別優選的是，三個彈簧或者阻尼裝置被精確地布置，使得每個裝置都相對另一個裝置旋轉一整圈的三分之一。
在一個優選的實施方式中，彈簧和/或阻尼裝置中的至少一個包括至少一個螺旋彈簧，該螺旋彈簧的兩個相對端通過焊接分別與第一板和第二板固連。因而可在所有方向上向螺旋彈簧加載，即可以施加拉伸力、壓縮力和橫向作用于彈簧的力，而彈簧不會在它們的基座中移動或者甚至從基座中出來。
一個優選的實施例中，力和/或力矩感應器進一步包括至少一個止動裝置，該止動裝置限制兩板間彼此相對運動。優選借助于止動銷來實現這一目的，其中止動銷被固連到一個板上。通過這種方式，力和/或力矩感應器被給予過載保護。
根據本發明，用來探測兩物體間相對運動或相對位置的裝置的構造產生下列有利的性質1.構造成本低、設計很緊湊；2.因為使用光電測量單元，而具有的高線性、低滯后且實質上的無磨損。
除了上面所提及的有利的性質之外，根據本發明的力和/或力矩感應器的構造產生下列有利的性質3.由于使用止動裝置，因而不易受破壞。
除了上面所提及的有利性質以外，根據本發明的個人計算機的鍵盤的構造產生下列有利性質4.新穎的個人計算機鍵盤允許在個人計算機工作間進行最多六個量的簡單輸入。
下面將結合附圖描述一個優選實施例，根據下列描述理解本發明的進一步特性、性質和可能的改進對本領域的普通技術人員來說是顯而易見的。
圖1在一個沒有第二板的立體圖中示出了本發明的力和/或力矩感應器的一個優選實施例，其中力和/或力矩感應器具有本發明的用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置。
圖2在一個具有第二板的立體圖中示出了本發明的力和/或力矩感應器的同一個優選實施例，其中力和/或力矩感應器具有本發明的用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置。
圖3在一個沒有第二板的立體圖中示出了本發明的力和/或力矩感應器的另一個優選實施例，其中力和/或力矩感應器具有本發明的用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置。
具體實施例方式
圖1示出了一種用來探測兩物體間的相對運動或者相對位置的光電裝置的第一實施例，該裝置包括十二個光電元件，也就是六個紅外線發光二極管40、60和六個紅外位置敏感探測器42、62，所述元件被布置在第一平面和不同于第一平面的第二平面上。六個光電元件40、42，即三個紅外線發光二極管40和三個紅外位置敏感探測器42被布置在第一平面上，而六個光電元件60、62，即三個紅外線發光二極管60和三個紅外位置敏感探測器62被布置在第二平面上。
每個紅外位置敏感探測器42、62都被一個紅外線發光二極管40、60照亮。在每種情況下，一個紅外線發光二極管40、60都準確地照亮一個位置敏感探測器42、62，以形成一個測量單元。光束在相同的平面上延伸，該平面上設置有各測量單元的光電元件。
紅外線發光二極管成對布置在印刷板零件上，這些印刷板零件與安裝有位置敏感探測器42、62的印刷板零件共同形成一個具有六角形截面的柱形表面80。如果柱形表面的開口被想象成是被一個上端和下端的平面狀表面所封閉的，那么就形成了一個假想的、封閉的、每個位置都是平面的或者凸面的第一表面。在這個表面內部設置六個紅外線發光二極管40、60，使得其各自的發射方向指向由第一表面限定的第一內部空間。換句話說，所有紅外線發光二極管40、60由印刷板80的內側發光進入由印刷板80限定的柱形體的內部。
像紅外線發光二極管40、60一樣，紅外位置敏感探測器42、62被安裝在印刷板80的內側，即安裝在一個平面的或者凸面的、封閉的、假想的第二表面上。設置六個位置敏感探測器42、62，使得其各自的感光側指向第二內部空間。第一表面和第二表面是相同的，因此第一內部空間和第二內部空間完全重合，以形成一個共同的內部空間。這樣，發光裝置40、60和位置敏感探測器42、62圍繞共同的內部空間布置。紅外線發光二極管40、60和一個相關聯的測量單元的位置敏感探測器42、62彼此相對布置，并且光橫穿共同的內部空間。
采用這里討論的最佳實施例的光電裝置以六個自由度來測量兩個物體間的相對運動和相對位置，即在三個線性獨立的空間方向上的位移和同樣圍繞這三個線性獨立的空間方向的轉動。為此目的，提供了六個紅外位置敏感探測器42、62，它們和六個紅外線發光二極管40、60共同形成六個測量單元。而且，紅外位置敏感探測器42、62均彼此相對布置，彼此繞由印刷板80限定的柱形表面的對稱軸旋轉三分之一圈柱形。準確地以相同的形式，紅外線發光二極管40、60以完全相同的方式布置，即其中任一個相對另外一個繞相同的對稱軸旋轉三分之一圈。所述對稱軸垂直于第一平面和第二平面延伸。
第一平面的一個紅外線發光二極管40和第二平面的一個紅外線發光二極管60彼此上下成對布置。第一平面的紅外位置敏感探測器42和第二平面的一個紅外位置敏感探測器62以完全相同的方式彼此上下成對設置。兩個發光二極管40、60或者兩個紅外位置敏感探測器42、62在垂直方向上的投影，在兩平面之一內總是分別重合。成對的紅外線發光二極管40、60布置在每兩對紅外位置敏感探測器42、62之間。
每對疊置的紅外位置敏感探測器42、62包括一個用來探測垂直于第一平面的運動的紅外位置敏感探測器42，和一個用來探測在第一平面內的運動的位置的紅外位置敏感探測器62。
為此目的，在每個測量單元中，狹縫控光裝置22、64被布置在紅外線發光二極管的光束路徑上，且位于紅外位置敏感探測器的前方。狹縫控光裝置設有一個狹縫，使得只有一條狹窄的光帶射在位置敏感探測器42、62上。狹縫控光裝置的狹縫方向垂直于檢測器的軸線，也就是檢測器的測量方向。由于系統的發光裝置40、60、狹縫控光裝置22、64和紅外位置敏感探測器42、62中的一個元件被設置成可相對其它元件運動，因而測量單元可探測其相對運動和相對位置。
在這里討論的優選實施例中，狹縫控光裝置44、64可相對于紅外位置敏感探測器42、62和發光裝置40、60移動。位置敏感探測器42、62和紅外線發光二極管40、60固定地設置在柱形印刷板80上。被分配給一對疊置的探測器的狹縫控光裝置44、64組合成一個單個的狹縫控光裝置44、64，其兩狹縫彼此相互垂直延伸。
圖1和圖2還示出了力和/或力矩感應器，該力和/或力矩感應器由第一板120和第二板140組成，第一板120和第二板140彼此彈性連接且可相對運動。該感應器設有本發明的用于探測第一板120和第二板140之間的相對運動或相對位置的裝置。第一板優選為一個牢固焊接有印刷板80的印刷板，其中印刷板80設有紅外線發光二極管40、60和紅外位置敏感探測器42、62。第一板120進一步設有電氣元件。狹縫控光裝置44、64以焊接方式與第二板140固連。
螺旋彈簧122用作實現第一板120和第二板140彼此彈性連接的彈簧裝置。螺旋彈簧122的一端焊接于第一板120，另外一端焊接于第二板140。所提供的三個螺旋彈簧旋轉對稱排布，也就是說，每個彈簧布置在一對紅外線發光二極管40、60處且在印刷板80外側附近。
提供三個止動裝置124來限制兩板120、140之間的相對運動或者相對位置，其中止動裝置124是止動銷的形式，從而使得任何的過載都不能毀壞力和/或力矩感應器。止動銷與第一板120固連，并且延伸通過第二板140的孔130。第一板120相對第二板140的水平運動由止動裝置124的直徑和第二板140上的孔130的直徑來限定。兩板120和140的相對運動被銷狀止動裝置124上的擴大部分126、128限定。在銷124的方向上，擴大部分126、128到第二板140的距離決定了第一板120和第二板140在垂直方向上進行相對運動的范圍。
圖3示出了用來探測兩物體之間相對運動或者相對位置的一種光電裝置的第二實施例，該裝置包括十二個光電元件，也就是六個紅外線發光二極管40、60和六個紅外位置敏感探測器42、62。六個光電元件40、42，即三個紅外線發光二極管40和三個紅外位置敏感探測器42，被布置于第一表面上，而六個光電元件60、62，即三個紅外線發光二極管60和三個紅外位置敏感探測器62被布置在第二表面上。此處上下文中所用術語“表面”是指兩個彼此獨立的印刷板P1、P2，其上布置有兩組光電元件。然而，也可將兩印刷板P1、P2設計為一塊不間斷的印刷板。在這種情況下，兩表面被布置在一個平面內。
每個紅外位置敏感探測器42、62被一個紅外線發光二極管40、60照亮。每個紅外線發光二極管40、60準確地照亮一個紅外位置敏感探測器42、62，以構成一個測量單元。光束在相同的平面內延伸，相應的測量單元的光電元件被布置在該平面內。
除了在上面描述的實施例中，在其他各種情形下只有紅外線發光二極管40或者紅外線發光二極管60單獨地分別安裝在印刷板零件80a和80b上，該印刷板零件80a、80b與印刷板零件80c、80d一起構成一個封閉的均具有六邊形截面的柱形表面，其中刷板零件80c、80d安裝有對紅外位置敏感探測器42、62。如果柱形表面的開口被想象成是由一個上端平面狀表面和一個下端平面狀表面所封閉的，那么就形成了一個假想的、封閉的、每個位置都是平面的或者凸面的表面。在這個表面內部布置六個紅外線發光二極管40、60，使得其各自的發射方向均指向由印刷板零件限定的一個內部空間IR。換句話說，所有紅外線發光二極管40、60從印刷板零件內部照射進入由印刷板零件限定的圓筒內部。
像紅外線發光二極管40、60一樣，紅外位置敏感探測器42、62被安裝在印刷板零件80c、80d的內側，也就是說，安裝在平面或者凸面的、封閉的和假想的第二表面上。這樣，發光裝置40、60和位置敏感探測器42、62在每種情況下都圍繞共同的內部空間來布置。紅外線發光二極管40、60和一個相關聯的測量單元的位置敏感探測器42、62彼此相對定位，并且光線橫穿相應的共同的內部空間IR。
該光電產品的實施例適于以六個自由度來測量兩物體間的相對運動和相對位置，也就是說三個線性獨立的空間方向上的位移和繞三個線性獨立的空間方向的旋轉。為此，提供六個紅外位置敏感探測器42、62，它們和六個紅外線發光二極管一起組成六個測量單元。而且，紅外位置敏感探測器42、62被布置成其中一個相對另外一個繞柱形表面的對稱軸旋轉三分之一圈，該柱形表面由印刷板80限定。準確地相同的形式，紅外線發光二極管40、60以完全相同的方式布置，即其中一個相對另外一個繞相同的對稱軸旋轉三分之一圈。對稱軸基本垂直于第一、第二印刷板P1、P2或者所述表面延伸。
每個紅外位置敏感探測器42、62都包括一個用來探測垂直于印刷板P1、P2或者所述表面的運動的紅外位置敏感探測器42，和一個用來探測基本平行于印刷板P1、P2或者其表面的運動的紅外位置敏感探測器62。
為此目的，在每個測量單元中，狹縫控光裝置22、64被布置在紅外線發光二極管的光束路徑上，且位于紅外位置敏感探測器前方。狹縫控光裝置44、64具有一條狹縫，使得只有一條狹窄的光帶射在位置敏感探測器42、62上。狹縫控光裝置的狹縫的方向垂直于探測器的軸線，也就是探測器的測量方向。由于系統的發光裝置40和60、狹縫控光裝置44和64，以及紅外位置敏感探測器42、62中的一個元件被布置成可相對其它元件運動，因而測量單元可探測其相對運動和相對位置。
在此第二個裝置中，狹縫控光裝置44、64可相對于位置敏感探測器42、62和發光裝置40、60運動。位置敏感探測器42、62和紅外線發光二極管40、60被固定在相應的柱形的印刷板80、80’上。這里，具有水平狹縫的狹縫控光裝置64被組成一個多角形環65，該多角形環65例如被成型為注模件，且被放置在印刷板80的內部空間IR中。具有垂直狹縫的狹縫控光裝置44以同樣的形式被組合成一個多角形環，該多角形環被成型為注模件，而且被安裝在柱形表面各自的內部空間IR內，其中柱形表面分別由印刷板80和印刷板80’所限定。
為了依靠上述的裝置來構造一種力和/或力矩感應器，采用與圖1和圖2所示實施例相同的形式，在此裝置中提供相互彈性連接并且可彼此相對運動的第一板和第二板。為了易于理解，圖3并沒有表示出上述的兩板。第一板可以是牢固焊接有印刷板零件的印刷板P1，所述印刷板零件帶有紅外線發光二極管40、60和紅外位置敏感探測器42、62。如有需要，第一板還可進一步帶有電氣元件。通過焊接、插接、粘、融焊或者注射的方法，使狹縫控光裝置44、64與第二板固連。插入第二板上的相應孔中的環形注模件上的銷子69僅作為一個示例。
螺旋彈簧122用作實現第一板120和第二板的彈性連接的彈簧裝置。螺旋彈簧122的一端被焊接到第一板，而另外一端被焊接到第二板上。三個螺旋彈簧被提供給兩個印刷版P1、P2中的每一個，上述彈簧被旋轉對稱地安裝，也就是說在各種情形下都分別設置在印刷板80、80’外部的附近，且位于紅外線發光二極管40、60的附近。
第二板與圖3所示的整個裝置的兩個組件的旋轉彈簧相連接，并且也與兩個組件的狹縫控光裝置44、64相連接。因此可探測并估算出第二板(圖3未示出)相對于印刷板P1、P2的力、力矩、位移，或者旋轉，印刷板P1和P2作用于第二板。總的說來，圖3所示的全部裝置準確地作為圖1和圖2的實施例來應用；其僅具有一個比較平的構造。
為了限制兩板之間的相對運動和相對位置，提供止動裝置，它們對應于圖1和圖2所示的三個止動裝置。其功能及設計可與圖1和圖2中的止動裝置的功能及設計完全相同。因此，無需重復詳述。
權利要求
1.一種用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置，其包括至少四個光電元件(40、42、60、62)，其中，將這些光電元件布置在至少一個第一平面和至少一個不同于第一平面的第二平面中，使得至少三個光電元件被布置在第一平面中且至少一個光電元件被布置在第二平面中，所述兩平面彼此基本平行。
2.一種用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置，其包括至少四個光電元件(40、42、60、62)，其中，將這些光電元件布置在至少一個第一表面上和至少一個第二表面上，使得至少三個光電元件被布置在第一表面上且至少一個光電元件被布置在第二表面上，并且兩表面彼此并排設置。
3.如權利要求1或2所述的光電裝置，其特征在于至少四個光電元件中的每個元件或者是一個位置敏感探測器(42、62)，或者是一個發光裝置(40、60)，且每個位置敏感探測器(42、62)被一個發光裝置(40、60)照亮，以形成一個測量單元。
4.如權利要求2或3所述的光電裝置，其特征在于一個發光裝置(40、60)正好照亮一個位置敏感探測器(42、62)，以形成一個測量單元。
5.如權利要求3或4所述的光電裝置，其特征在于一個發光裝置(40、60)照亮至少兩個位置敏感探測器(42、62)，以形成具有共同發光裝置(40、60)的兩個測量單元。
6.如權利要求3至5中任何一項所述的光電裝置，其特征在于將該發光裝置(40、60)布置在一個封閉的、假想的且在每一位置都是平面的或者凸面的第一表面上，使得其各自的發射方向均指向由第一表面限定的第一內部空間之內。
7.如權利要求3至6中任何一項所述的光電裝置，其特征在于將位置敏感探測器(42、62)布置在一個封閉的、假想的且在每一位置都是平面的或者凸面的第一表面上，使得其各自的感光側指向由第二表面限定的第二內部空間，并且使得第一內部空間和第二內部空間彼此部分重合或者完全重合。
8.如權利要求3至7中任何一項所述的光電裝置，其特征在于該光電裝置包括至少六個用來測量六個自由度的位置敏感探測器(42、62)，并且每個平面正好包括三個位置敏感探測器(42、62)。
9.如權利要求3至8中任何一項所述的光電裝置，其特征在于位置敏感探測器(42、62)以角距離基本相等的方式彼此相對定位，從而圍繞基本垂直于一個平面延伸的軸而轉動，所述平面上布置有位置敏感探測器(42、62)。
10.如權利要求3至9中任何一項所述的光電裝置，其特征在于該裝置至少還包括另外一個具有光電元件的平面。
11.如權利要求3至10中任何一項所述的光電裝置，其特征在于上下成對地布置第一平面上的發光裝置(40)和第二平面上的發光裝置(60)，并且優選上下成對地布置第一平面上的位置敏感探測器(42)和第二平面上的位置敏感探測器(62)，使得兩個發光裝置(40、60)和兩個位置敏感探測器(42、62)的垂直投影分別在兩平面之一上基本重合。
12.如權利要求3至11中任何一項所述的光電裝置，其特征在于每對疊置的位置敏感探測器(42、62)都包括一個用來探測基本垂直于第一或第二平面的運動的位置敏感探測器(42)，和一個用來探測基本上位于第一或者第二平面內的運動的位置敏感探測器(62)。
13.如權利要求3至12中任何一項所述的光電裝置，其特征在于測量單元進一步包括一個狹縫控光裝置(44、64)，該裝置被布置在發光裝置的光路上，且位于發光裝置(40、60)和位置敏感探測器(42、62)之間，位置敏感探測器(42、62)的探測軸線被布置成基本上與狹縫控光裝置(44、64)的狹縫方向垂直，且由發光裝置(40、60)、狹縫控光裝置和檢測器(42，62)組成的系統中的任一元件可相對于其它兩元件運動。
14.如權利要求13所述的光電裝置，其特征在于在每個測量單元中，狹縫控光裝置(44、64)可相對于位置敏感探測器(42、62)和發光裝置(40、60)運動。
15.如權利要求13或14所述的光電裝置，其特征在于在一個柱形的印刷板上安裝有位置敏感探測器(42、62)和/或發光裝置(40、60)。
16.一種具有第一板和第二板的力和/或力矩感應器，其中第一板(120)和第二板(140)彼此彈性連接且可相對運動，其特征由根據權利要求2至15中的任何一項的用于探測兩物體的相對運動或相對位置的光電裝置確定。
17.如權利要求16所述的力和/力矩感應器，其特征在于第一板和第二板(120、140)經由至少一個彈簧和/或阻尼裝置(122)而彼此連接。
18.如權利要求16或17所述的力和/或力矩感應器，其特征在于至少一個彈簧和/或阻尼裝置(122)包括下列元件之一或其組合螺旋彈簧、彈簧組件、彈性體、注模樹脂。
19.如權利要求17或18所述的力和/或力矩感應器，其特征在于彈簧和/或阻尼裝置(122)基本上旋轉對稱地布置。
20.如權利要求17至19中的任何一項所述的力和/或力矩感應器，其特征在于彈簧和/或阻尼裝置(122)中的至少一個包括至少一個通過焊接與第一板和第二板(120、140)固連的螺旋彈簧。
21.如權利要求16至20中的任何一項所述的力和/力矩感應器，其特征在于至少一個止動裝置(124)限制第一板相對于第二板的運動。
22.一種個人計算機鍵盤，其特征在于其包括一個根據權利要求15至21的任何一項所述的力和/或力矩感應器。
全文摘要
本發明涉及一種用來探測兩物體間的相對運動或相對位置的光電裝置，該裝置包括至少四個光電元件，將這些光電元件布置在至少一個第一平面和至少一個不同于第一平面的第二平面中，使得至少三個光電元件被布置在第一平面中且至少一個光電元件被布置在第二平面中。本發明還涉及一種設置有這種光電裝置的、具有第一板和第二板的力和/或力矩感應器，第一板和第二板彼此彈性連接且可相對運動。本發明最后涉及一種設置有這種力和/或力矩感應器的個人計算機鍵盤。
文檔編號G06F3/033GK1589392SQ02822938
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月29日 優先權日2001年11月30日
發明者貝恩德·貢貝爾 申請人:3D連接股份有限公司