(57)【要約】  本発明は、定められたレーン（２４）に沿って移動可能な少なくとも１つの物体（３）と、この物体（３）のポジション特定のためのオプトエレクトロニクスユニットが設けられており、表面実装可能な傾斜センサ（１）に関する。さらに本発明は傾斜センサ装置（１７）に関する。
2009532683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜センサ（１）において、
定められたレーン（２４）に沿って移動可能な少なくとも１つの物体（３）と、該物体（３）のポジション特定のためのオプトエレクトロニクスユニットが設けられており、表面実装可能であることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２】
請求項１記載の傾斜センサ（１）において、
前記物体（３）が第１ポジション（Ｉ）から第２ポジション（ＩＩ）へ移動するよう傾斜軸（Ｋ）を中心に回転可能であることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３】
請求項２記載の傾斜センサ（１）において、
前記物体（３）が第１ポジション（Ｉ）にあるとき、前記オプトエレクトロニクスユニットにより形成された放射経路（１０）はつながった状態にあることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項４】
請求項２記載または３記載の傾斜センサ（１）において、
前記物体（３）が第２ポジション（ＩＩ）にあるとき、前記オプトエレクトロニクスユニットにより形成された放射経路（１０）は遮断された状態にあることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項５】
請求項２から４のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
該傾斜センサ（１）が傾斜角α＝９０°だけ回転した後、前記物体（３）は第２ポジション（ＩＩ）にあることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記物体（３）は重力の作用により前記レーン（２４）に沿って運動することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の傾斜センサにおいて、
ケーシングボディ（２）が設けられていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項８】
請求項７記載の傾斜センサ（１）において、
前記物体（３）は前記ケーシングボディ（２）の凹部（６）内に配置されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項９】
請求項８記載の傾斜センサ（１）において、
前記凹部（６）はダクト状に形成されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１０】
請求項８または９記載の傾斜センサ（１）において、
前記ケーシングボディ（２）は、前記凹部（６）内部に少なくとも１つの突出部（１３）または切り込み部を有することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１１】
請求項１０記載の傾斜センサにおいて、
前記突出部（１３）または前記切り込み部は、凹部（６）の境界を成す内面（１４）上に配置されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１２】
請求項１１記載の傾斜センサ（１）において、
前記突出部（１３）または前記切り込み部は、前記物体（３）と前記内面（１４）との間の接触面が減少するように形成されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の傾斜センサ（１）において、
前記突出部（１３）は前記内面（１４）上で屋根形に延在していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１４】
請求項１１または１２記載の傾斜センサ（１）において、
前記切り込み部は溝状または畝状に形成されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１５】
請求項７から１４のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記ケーシングボディ（２）には導電性材料が含まれていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１６】
請求項１５記載の傾斜センサ（１）において、
前記ケーシングボディ（２）にはカーボンファイバまたは煤粒子が含まれていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１７】
請求項７から１６のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
配線板（４）が設けられており、該配線板（４）は前記ケーシングボディ（２）と接続されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１８】
請求項１７記載の傾斜センサ（１）において、
前記配線板（４）は傾斜センサ（１）の底部プレートとして用いられることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項１９】
請求項１７または１８記載の傾斜センサ（１）において、
前記オプトエレクトロニクスユニットは前記配線板（４）に配置されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２０】
請求項８から１９のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記オプトエレクトロニクスユニットは前記ケーシングボディ（２）における別の凹部（７ａ，７ｂ，７ｃ）内に配置されていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２１】
請求項１から２０のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記オプトエレクトロニクスユニットは、少なくとも１つの放射送信チップ（５ａ）と、少なくとも１つの放射受信チップ（５ｂ）と、たとえば回路チップ（５ｃ）を有していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２２】
請求項８、請求項９、請求項１５、請求項１７から２１のいずれか１項記載の傾斜センサにおいて、
前記物体（３）のための凹部（６）の領域で前記配線板（４）上に金属面（９）が設けられていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２３】
請求項２２記載の傾斜センサ（１）において、
前記金属面（９）はアース電位との接続のために設けられていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２４】
請求項１から２３のいずれか１項記載の傾斜センサにおいて、
ディジタル出力信号を供給することを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２５】
請求項１８から２４のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記レーン（２４）は前記配線板（４）上で延在していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２６】
請求項１８から２４のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記レーン（２４）は前記内面（１４）上で延在していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２７】
請求項１から２６のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
前記レーンは湾曲して延在していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２８】
請求項１から２７のいずれか１項記載の傾斜センサにおいて、
前記物体（３）は球状部材、円筒状部材またはディスク状部材であることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項２９】
請求項１から２８のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
ポジション特定のため移動機器（１５）に組み込まれており、たとえば移動電話機、カメラまたはポケットＰＣに組み込まれていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３０】
請求項２９記載の傾斜センサ（１）において、
前記傾斜センサ（１）は、前記レーン（２４）が前記移動機器（１５）の載置縁部に対しγ＞０°の角度オフセットを有するよう該移動機器（１５）に組み込まれていることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１項記載の傾斜センサ（１）において、
第１の所定のレーン（２４）に沿って移動可能な第１の物体（３）と、第２の所定のレーン（２４）に沿って移動可能な第２の物体（３）が設けられており、前記第１および第２のレーン（２４）は１つの共通の平面内で延在していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３２】
請求項３１記載の傾斜センサ（１）において、
前記第１のレーン（２４）と前記第２のレーン（２４）は直線的に延在しており、互いに角度μ０°を成していることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３３】
請求項３１または３２記載の傾斜センサ（１）において、
放射を送出するユニットにより前記第１および第２の物体（３）が照射されることを特徴とする傾斜センサ。
【請求項３４】
請求項１から３０のいずれか１項記載の第１および第２の傾斜センサ（１）が設けられていることを特徴とする傾斜センサ装置（１７）。
【請求項３５】
請求項３４記載の傾斜センサ装置（１７）において、
前記第１および第２の傾斜センサ（１）は１つの共通の平面内に配置されていることを特徴とする傾斜センサ装置。
【請求項３６】
請求項３４記載の傾斜センサ装置（１７）において、
前記第１の傾斜センサ（１）は第１の平面に配置され、前記第２の傾斜センサ（１）は前記第１の平面と交差して延在する第２の平面に配置されていることを特徴とする傾斜センサ装置。
【請求項３７】
請求項３４から３６のいずれか１項記載の傾斜センサ装置（１７）において、
前記第１および第２の傾斜センサ（１）は、前記レーンが互いに交差して延在するよう互いに相対的に配置されていることを特徴とする傾斜センサ装置。
【請求項３８】
請求項３４から３７のいずれか１項記載の傾斜センサ装置（１７）において、
位置または姿勢を特定するため移動機器（１５）に組み込まれており、たとえば移動電話機、カメラまたはポケットＰＣに組み込まれていることを特徴とする傾斜センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は傾斜センサおよび傾斜センサ装置に関する。
【０００２】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第102006016523.3号の優先権を主張するものであり、その開示内容は参照によって本願に取り込まれるものとする。
【０００３】
US 2003/0057361 A1に記載されている傾斜スイッチは、光を送／受光するユニットを備えたオプトエレクトロニクスセンサと球状体とを有している。このセンサと球状体は分離されたケーシング内に配置されている。
【０００４】
JP 11351845 Aの要約書によれば傾斜センサが公知であり、この傾斜センサはケーシングを有しており、ケーシング内には、金属製球状体と送光素子とこの送光素子に対応づけられた複数の受光素子とが配置されている。このケーシングは、４つの測定方向で検出を行えるよう多角形として形成されている。
【０００５】
DE 102 61 961 A1には傾きセンサについて記載されており、このセンサはポリマープラスチックの射出成形材料から成るレーンと、このレーンに沿って可動である素子を有している。この場合、レーンに沿った可動素子の位置を、電極構造体により容量または電流を利用して定めることができる。
【０００６】
さらにWO 2004/020943 A1により公知の傾斜センサには、ボディとボディ内のキャビティとキャビティ内で位置決め可能な素子とが設けられている。この素子は、ボディが１つの軸を中心に回転したとき、重力の作用を受けてキャビティ内の少なくとも２つのポジション間で運動可能である。さらにこの傾斜センサのボディ内には検出器が設けられており、素子が上述のポジションの一方にあるときに検出を行う。この場合、ボディは上下に積層された層によって製造されている。
【０００７】
本発明の課題は、コンパクトな構造をもつ傾斜センサを提供することにある。この課題は、請求項１記載の傾斜センサにより解決される。
【０００８】
さらに本発明の別の課題は、単一の傾斜センサを用いた場合よりも改善された位置または姿勢の特定を実現する傾斜センサ装置を提供することにある。この課題は、請求項３１記載の傾斜センサにより解決される。
【０００９】
従属請求項には、傾斜センサおよび傾斜センサ装置の有利な実施形態が記載されている。
【００１０】
本発明による傾斜センサは表面実装可能であり、所定の平面において所定のレーンに沿って移動可能な少なくとも１つの物体と、この物体のポジションを求めるためのオプトエレクトロニクスユニットとが設けられている。
【００１１】
ここで所定のレーンのことを物理的な構成部材と捉えるべきではなく、定められた面に対する面法線の方向での軌跡の投影であって、この軌跡に沿って物体の質量重心が移動する。定められた面は物体の重力に抗するものである。レーンは物体のガイドにより定められており、つまり物体の移動は束縛条件のもとにおかれている。
【００１２】
本発明によればオプトエレクトロニクスユニットは、放射を送出する少なくとも１つのユニットと放射を受け取る少なくとも１つの検出器ユニットを有している。オプトエレクトロニクスユニットがさらに回路ユニットも備えていると有利である。
【００１３】
表面実装可能な傾斜センサをＳＭＤ（Surface Mounted Devices 表面実装デバイス）傾斜センサと呼ぶことができる。つまりＳＭＤ傾斜センサとは、配線板またはその他の基板においてワイヤを用いずに電気的に接続可能な傾斜センサのことである。このような形式の取り付け手法によって、傾斜センサの簡単な電気的接触接続が実現されると同時に容易な取り付けも可能となる。
【００１４】
１つの有利な実施形態によれば、物体が第１ポジションから第２ポジションへと運動するよう、傾斜センサは１つの傾斜軸を中心に回転可能である。つまり傾斜センサの回転を可動物体の運動に置き換えることができ、その際、物体のポジション変化をオプトエレクトロニクスユニットによって突き止めることができる。何らかの機器において傾斜センサを利用する場合、有利なことにこれによってその機器の位置ないしは姿勢の変化を表すことができる。この場合、第１ポジションは機器長手軸の垂直配向に相応し、第２ポジションは機器長手軸の水平配向に相応する。
【００１５】
格別有利な実施形態によれば、物体が第１ポジションにある場合、放射を送出するユニットすなわち放射送信ユニットと放射を受け取る検出器ユニットすなわち放射受信ユニットにより形成されるフォトインタラプタの放射経路がつながった状態にある。
【００１６】
有利なことに、放射送信ユニットと放射受信検出器ユニットにより形成される上述の放射経路が遮断されるのは、物体が第２ポジションにおかれているときである。放射送信ユニットにより送出され検出器ユニットにより検出される放射に対し、物体は実質的に非透過性である。
【００１７】
当然ながら、本発明はこのような配置構成に限定されるものではない。つまり物体が第１ポジションにあるときに放射経路が遮断状態となり、したがって物体が第２ポジションにあるときには放射経路がつながった状態となるよう構成してもよい。
【００１８】
有利なことに本発明によれば、物体の２つの異なるポジションを求めるために１つのオプトエレクトロニクスユニットで十分である。
【００１９】
さらに、傾斜センサが傾斜角α＝９０°だけ回転すると物体が第２ポジションにおかれるように構成することもできる。このケースでは、α＝９０°の回転を傾斜センサにより検出することができる。移動機器たとえばカメラなどのためにこの傾斜センサを適用する場合、有利なことにこれによってポートレートモードとパノラマモードとを区別することができる。ポートレートモードを機器長手軸の垂直配向に対応させ、パノラマモードを機器長手軸の水平配向に対応させることができる。
【００２０】
１つの有利な実施形態によれば、重力の作用により物体が定められたレーンに沿って運動する。たとえば傾斜センサが重力場において回転すると、物体は第１ポジションから第２ポジションへ向かって移動する。このように本発明による傾斜センサは、有利なことに単純な動作原理に基づいている。
【００２１】
さらに別の有利な実施形態によれば、傾斜センサはケーシングボディを有している。このケーシングボディの凹部に物体を配置しておくことができる。有利であるのは、凹部をダクト状に形成することである。これにより殊に、この凹部によって物体のガイドが実現されるという利点が得られる。したがってボディのレーンを、凹部の成形により設定しておくことができる。
【００２２】
さらに別の実施形態によれば、ケーシングボディは凹部内に少なくとも１つの突出部または切り込み部を有している。
【００２３】
たとえば凹部または切り込み部は、凹部の境界を成すケーシングボディ内面に配置されている。これは物体運動にとって障害物とはならない。なぜならば突出部または切り込み部は、たとえば物体運動方向に沿って延びているからである。
【００２４】
格別有利であるのは突出部または切り込み部を、物体と内面との接触面ないしは接触面積が減少するように形成することである。有利なことにこれによって摩擦を低減することができ、その結果、物体は回転に際して相対的に妨げられることなく動くことができるようになる。
【００２５】
たとえば突出部を内面上で屋根形に延在させることができる。さらにたとえば切り込み部を溝状ないしは畝状に形成することができる。突出部または切り込み部は、有利には湾曲した表面を有している。表面形状はその横断面に関して、たとえば三角形状または半球状とすることができる。
【００２６】
突出部または切り込み部はケーシングボディの殊に有利な部分であり、ケーシングボディと一体に形成されている。
【００２７】
１つの有利な実施形態によれば、ケーシングボディには導電性材料が含まれている。有利なことにこれによって静電帯電を阻止することができる。電荷に起因してケーシングボディと物体との間に生じる吸引力は場合によっては物体運動に不利な作用を及ぼすものであり、上述の構成によりこのような吸引力を低減することができる。有利には、ケーシングボディのために用いられる材料に導電性材料が混合される。ケーシングボディのためには、たとえば導電性プラスチック材料が適している。
【００２８】
たとえばケーシングボディには、導電性を向上させるためにカーボンファイバまたは煤粒子が含まれている。これにより同時にケーシングボディを黒くしておくことができ、検出器信号を損なうおそれのある散乱光の影響を効果的に減らすことができる。後者の作用を実現する目的でさらに有利であるのは、ケーシングボディのために反射性の弱い材料を用いることである。さらに別の手段として、ケーシングボディの内面を粗面化してざらざらにすることができる。
【００２９】
導電性材料を、堅牢性と耐熱性の高いベース材料に埋め込むことができる。たとえばＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer液晶ポリマー）またはＰＰＡ（Polyphthalamidポリフタルアミド）をケーシングボディのベース材料として用いることができる。
【００３０】
さらに別の実施形態によれば、傾斜センサはケーシングボディと接続された配線板を有している。
【００３１】
この配線板にも、散乱光の影響を低減するためにコーディングを施すことができる。このコーティングをたとえば黒色のはんだレジストとすることができる。
【００３２】
１つの有利な実施形態によれば、配線板は傾斜センサの底部プレートの役割を果たす。このように役割を兼ねさせることは、傾斜センサのコンパクトな構造に役立つものである。さらに、配線板の各コーナーに配置されたとえば４分円状に形成可能なスルーホールによって、構造サイズを低減することができる。傾斜センサの寸法は有利には１桁のミリメータ範囲の値をとる。格別有利には傾斜センサの寸法は、４ｍｍ×４ｍｍ×１ｍｍ〜５ｍｍ×５ｍｍ×３ｍｍの値をとる。たとえば傾斜センサに４ｍｍ×４ｍｍ×１．７ｍｍの寸法をもたせることができる。
【００３３】
格別有利には、スルーホールによって上面側の接続面が背面側のはんだ接点と接続される。この背面側のはんだ接点に傾斜センサを電気的に可能であり、殊に表面実装可能である。
【００３４】
ケーシングボディは、有利には形状を利用した係合ないしは嵌合により底部プレートと接続されている。殊に有利にはケーシングボディは、物体が配置されている凹部の境界が少なくとも一方の側で配線板により形成されるよう、配線板上に載置されている。
【００３５】
さらに有利であるのは、配線板上にオプトエレクトロニクスユニットを配置することである。有利にはオプトエレクトロニクスユニットが配線板上に取り付けられてから、たとえば接着されてから、ケーシングボディがオプトエレクトロニクスユニットの上にかぶせられる。これによりオプトエレクトロニクスユニットの簡単な取り付けが実現される。
【００３６】
物体のための凹部のほかにケーシングボディにさらに別の凹部を設けることができ、この別の凹部にオプトエレクトロニクスユニットが配置される。ケーシングボディによって、オプトエレクトロニクスユニットは外部からの機械的負荷または熱的負荷に対し保護されている。
【００３７】
オプトエレクトロニクスユニットのための凹部を、妨害を及ぼす散乱光作用が低減されるように形成することができる。この目的で、放射送信ユニットと放射受信検出器ユニットをケーシングボディの壁により周囲から遮蔽しておくことができる。この場合、放射送信ユニットと放射受信検出器ユニットとの間に、トンネル状のたとえば曲げられた接続経路を設けるだけでよい。
【００３８】
有利には、オプトエレクトロニクスユニットは複数の部品により構成されている。たとえば、放射を送出するユニットを少なくとも１つの放射送信チップにより形成することができ、放射を受け取る検出器ユニットを少なくとも１つの放射受信チップにより形成することができ、さらに回路ユニットを集積半導体回路を備えた回路チップにより形成することができる。放射送信チップと放射受信チップは回路チップと結線されている。回路チップをＩＣ（集積回路）として構成することができる。たとえばケーシングボディの振動または定常化プロセスなどによって発生する可能性のある傾斜センサの不安定な状態もしくは確定されない状態を避けるために、回路チップにシュミットトリガユニットが設けられている。この場合、放射受信チップのための２つのスイッチング閾値を回路チップに供給される光電流に対し定義すると有利である。このケースでは、回路チップは光電流を評価する役割を果たす。さらに放射送信チップの給電を回路チップを介して行うことができる。場合によっては、回路チップにさらに別の同様の機能を割り当てることができる。
【００３９】
放射送信チップを発光ダイオードとすることができ、これはたとえば赤外線領域の放射を送出する。放射送信チップをレーザダイオードとすることも可能である。放射受信チップを、放射送信チップから送出された放射に対し感応性のフォトダイオードまたはフォトトランジスタとすることができる。放射受信チップは、放射送信チップから送出された放射のうち信号生成に十分な割合の放射を受信できるように配置されている。送出された放射は、有利にはダイレクトな経路で放射受信チップに到達する。放射送信チップはたとえば、すべての空間方向に放射を送出することができる。
【００４０】
送信された放射が放射受信チップに間接的な経路で到達するように構成することも可能であり、この場合、放射送信チップと放射受信チップは物体のための凹部の一方の側に並置される。放射送信チップから送出された放射は物体により、または凹部の対向する側に配置された反射素子により、放射受信チップの方向に反射する。
【００４１】
傾斜センサの電流消費を以下のようにして小さく抑えるのが有利である。すなわち放射送信チップを不連続に給電し、比較的長いが機器ユーザには十分な程度に短いタイムインターバルたとえば数１００ｍｓのインターバルで傾斜センサ信号を読み出して評価するのである。これにより有利な振動減衰が得られる。この場合、電流消費を約５０μＡまたはそれ以下の平均値に制限することができる。
【００４２】
有利には、配線板上で物体のための凹部領域に金属面が取り付けられている。たとえばこの金属面はアース電位との接続のために設けられている。これにより得られる利点とは、静電帯電が十分に回避され、ひいては電荷に起因する吸引力が小さくなることから、実質的に妨げのない物体運動が実現されることである。同じ理由で有利であると判明したのは、物体を絶縁せず少なくとも僅かな導電性とすることである。さらに比較的良好な反射性または吸収性をもつ材料が適しており、これによって物体は放射送信チップから送出された放射に対し実質的に非放射透過性となる。たとえば物体に鋼、ケイ素またはセラミック材料を含めることができる。セラミック材料としてたとえば炭化タングステンが適しており、これは著しく硬い高密度の材料である。傾斜センサを小型化するにあたり、物体の直径を小さくすることができる。このようにすると重量が減少する。重量が減少すると物体運動が損なわれることになる。したがって有利であるのは、炭化タングステンのような材料を用いることによって重量減少を補償できるようにすることである。
【００４３】
さらに有利であるのは、物体がほとんどあるいはまったく磁気的な相互作用をもたないことである。この場合、たとえばいくらか強磁性の鋼を物体に含めることができる。このような物体の利点は、傾斜センサの機能を製造中ならびに後処理中、強い磁石を用いて検査できることである。ただしこの場合、地磁気の磁場が物体に実質的に影響を及ぼす可能性がないよう、強磁性の度合いを小さくしておく。
【００４４】
１つの有利な実施形態によれば、傾斜センサはディジタル出力信号を送出する。このことは、傾斜センサをたとえばディジタルカメラといったディジタル機器に利用する点を考慮すると格別有利であり、これによって縦置きと横置きとを区別することができる。
【００４５】
さらに別の有利な実施形態によれば、所定のレーンは配線板上に延在している。たとえば配線板を平坦に形成することができ、この場合、物体のガイドはケーシングボディの凹部だけで行われる。さらに所定のレーンをケーシングボディの内面上に延在させることができる。このレーンを配線板上に延在させるのか内面上に延在させるのかは典型的には、傾斜センサをどのように取り付けるのか、もしくは傾斜軸をどの方向で延在させるのかに依存する。定められたレーンが配線板上で延在する場合、傾斜軸は配線板に対し平行な平面で延在する。これに対し定められたレーンが内面上で延在する場合、傾斜軸は配線板に対し垂直に延在する。
【００４６】
定められたレーンをたとえば直線状に延在させることができる。レーンの第２の端部が存在する第２ポジションにおいて、有利には凹部の一方の側に放射送信チップが配置され、このチップと対向して凹部の他方の側に放射受信チップが配置されている。重力場において傾斜センサが回転すると、物体は放射送信チップと放射受信チップとの間の第２ポジションに位置することになる。回転する前、物体はレーンの第１の端部が存在する第１ポジションに位置している。
【００４７】
択一的に、上述の定められたレーンを湾曲させておくことができる。湾曲したレーンの場合、放射送信チップは凹部の一方の側で有利には第１ポジションと第２ポジションとの間の中央に配置されているのに対し、凹部の他方の側には複数の放射受信チップが互いに隣り合って配置されている。初期状態では物体が第１ポジションに存在するようにし、傾斜センサが回転すると物体が湾曲したレーンに沿って第２ポジションすなわち最終状態に向かって動いていくようにすることができる。
【００４８】
物体が動くと、第１の個数の放射受信チップが物体の影になる一方、第２の個数の放射受信チップは照射される。個々の瞬時の信号の合成によって、物体の瞬時のポジションないしは現在位置を求めることができる。
【００４９】
物体がロール状部材、円筒状部材あるいはスライド部材であると好適である。さらにたとえば物体は球状体、シリンダまたはディスクである。さらに１つの球状部材の代わりに複数の球状部材を設けることも可能であり、これによって散乱光の影響を低減することができる。
【００５０】
有利には上述の形態のうちの１つまたは複数に従って形成された傾斜センサを、何らかの機器たとえば移動電話機、カメラまたはポケットＰＣといった移動機器に組み込んでおくことができる。その際、機器長手軸の垂直配向と機器長手軸の水平配向との区別ができるよう、傾斜センサを組み込むのが有利である。
【００５１】
さらに有利であるのは、レーンが機器の載置縁部に対しγ＞０°の角度オフセットをもつよう傾斜センサを機器に組み込むことである。傾斜センサの長手軸が垂直に配向しレーンが直線状に延在している場合、レーンが載置縁部に対しγ＝４５°の角度オフセットを有すると格別有利である。これとは異なる角度オフセットも可能である。この種の角度オフセットγを用いることで傾斜センサが傾斜する際、傾斜角α≧γだけ傾斜センサが傾けられてはじめて物体が動くことになる。有利にはこれによって、揺れに対する傾斜センサの安定性が高められる。
【００５２】
湾曲したレーンであれば、レーンの各終端端点間を直線的に結んだ線が角度オフセットγ＞０°をもつようにすることができる。
【００５３】
傾斜センサの１つの有利な実施形態によれば、傾斜センサは第１の所定のレーンに沿って移動可能な第１の物体と、第２の所定のレーンに沿って移動可能な第２の物体を有しており、これら第１および第２のレーンは１つの共通の平面内で延在している。有利なことに２つの物体を備えたこの種の傾斜センサを用いると、１つの物体を備えた傾斜センサよりもいっそう精確に傾斜角度が求められる。なぜならばこれら２つの物体を用いれば、２つの異なる傾斜位置（縦置きと横置き）の代わりに４つの異なる傾斜位置を求めることができるからである。
【００５４】
有利には第１のレーンと第２のレーンは直線状であり、互いに角度μ＞０°を成している。角度μ＝９０°とすると格別有利である。
【００５５】
この場合、両方の物体を照射する１つの放射送信ユニットもしくは１つの放射送信チップを設ければ十分である。放射送信ユニットもしくは放射送信チップを、第１のレーンと第２のレーンの交差点に配置しておくことができる。その際に有利となるのは、第１および第２のレーンにおいて放射送信ユニットもしくは放射送信チップとは反対側に、それぞれ１つの放射受信ユニットもしくは放射受信チップを配置しておくことである。
【００５６】
これに加えて２つの物体を備えた傾斜センサは、１つの物体を備えた傾斜センサに相応する機能および構造を有している。
【００５７】
本発明による傾斜センサ装置は、これまで説明してきた実施形態のうちの１つに従って構成された第１の傾斜センサと第２の傾斜センサを有している。
【００５８】
１つの有利な実施形態によれば、第１の傾斜センサと第２の傾斜センサは１つの共通の平面内に配置されている。有利にはこれによって、傾斜角度をいっそう精確に求めることができるようになる。なぜならば２つの傾斜センサを用いることで、２つの異なる傾斜位置（縦置きおよび横置き）の代わりに４つの異なる傾斜位置を求めることができるからであり、その際に有利であるのは、相前後して続く２つの傾斜位置に９０°の傾斜角度差をもたせることである。
【００５９】
択一的な実施形態によれば、第１の傾斜センサは第１の平面内に配置されており、第２の傾斜センサは第１の平面と交差する第２の平面内に配置されている。このように構成することで、傾斜センサの左右傾斜のほかに倒れすなわち前後傾斜も求めることができる。重力場で１つの倒れ軸を中心に傾斜センサが回転することで傾斜センサが倒れ、つまり前後に傾斜する。この場合、前後傾斜軸すなわち倒れ軸は左右傾斜軸に対し垂直に延在する。定められたレーンが配線板上で延在する場合、傾斜軸と同様に倒れ軸は配線板に対し平行な平面内で延在する。これに対し定められたレーンが内面上で延在する場合、倒れ軸は配線板に対し垂直に延在する。
【００６０】
これらの傾斜センサの所定のレーンが互いに交差して延在するよう、各傾斜センサを相対的に配置するのが有利である。傾斜軸を中心に装置全体が回転すると、傾斜センサにより４つの異なる傾斜角を区別することができる。つまりこの装置によって、単一の傾斜センサを用いた場合よりもポジションもしくは姿勢をいっそう良好に特定することができる。
【００６１】
傾斜センサと同様、傾斜センサ装置も移動機器たとえば移動電話機、カメラまたはポケットＰＣに利用することができる。また、レーンが機器の載置縁部に対しγ＞０°の角度オフセットをもつよう、２つの傾斜センサのうち少なくとも一方を機器に組み込むことができる。この角度オフセットを４５°とすることができる。これに応じて、第２の傾斜センサは角度オフセットγ＝１３５°を有する。
【００６２】
１つの有利な実施形態によれば、ケーシングボディは八角形の輪郭を有する。
【００６３】
完成した傾斜センサは、有利には２５０°Ｃよりも大きいはんだ温度であっても損傷しないまま維持される。このことはたとえば、配線板が軟化温度ＴＧ＞１４０°の材料を含むようにすることで達成できる。
【００６４】
本発明による傾斜センサは既述の実施形態に限定されるものではない。上述の傾斜センサの基礎を成す動作原理を他のやり方で実現させる他の実施形態も可能である。
【００６５】
傾斜センサの１つの可能な変形実施形態によれば、物体は振り子型物体であり、これは懸架部材によりケーシングボディに取り付けられている。有利にはこの振り子型物体は、傾斜センサに所定の傾斜が生じても振れ始めない。初期状態において、放射送信チップと放射受信チップが配置されている軸は、振り子型物体の軸に対し９０°よりも小さい角度で延在している。この場合、両方のチップ間の放射経路はつながった状態にある。傾斜センサが傾斜していき放射送信チップと放射受信チップが配置されている軸が傾斜すると、両方の軸は最終状態に至ったときに９０°の角度を成すことができる。この場合、放射経路は遮断状態となる。
【００６６】
傾斜センサの１つの択一的な実施形態によれば、放射送信チップと放射受信チップとの間に流体柱が配置されている。この場合、流体に放射吸収性の粒子を混ぜることができ、流体におけるこれらの粒子の分布が傾斜角度とともに変化する。つまり放射の吸収が傾斜角度に依存して強くなったり弱くなったりする。同様の作用を、放射透過性であるが混合不可能な２つの流体を含む流体柱によっても実現できるし、あるいは択一的に吸収性の流体と気泡を含む流体柱によっても実現できる。
【００６７】
既述の実施形態における中心点に、傾斜軸を中心とした傾斜センサの回転がある。傾斜軸を中心とした回転を安定して表せるようにするために有利であるのは、倒れ軸を中心とした傾斜センサの回転が傾斜軸を中心とした回転に対し無視できる程度の作用しか及ぼさないようにすることである。このことはたとえば、物体が運動する面に障害物を設けることによって達成できる。なぜならばこの障害物により、物体が制約なく動いてしまうのが阻止されるからである。これにより傾斜センサは、揺れや倒れ軸を中心とした回転には相対的に不感となる。さらにこれにより、物体が動き始める傾斜角が倒れ角には実質的に左右されなくなる。
【００６８】
障害物をたとえば、物体の運動方向と交差して延在する溝状またはシャーレ状の構造物として設けることができる。
【００６９】
図１〜図１２を参照しながら以下で詳述する実施例には、本発明による傾斜センサのさらに別の有利な特徴、有利な実施形態および発展形態が示されている。
【００７０】
図１は、本発明による傾斜センサの第１実施例を示す概略断面図である。
【００７１】
図２は、本発明による傾斜センサの第１実施例を示す概略平面図である。
【００７２】
図３は、本発明による傾斜センサの第２実施例を示す概略平面図である。
【００７３】
図４は、本発明によるケーシングボディの１つの実施例を示す概略斜視図である。
【００７４】
図５は、図４に示した本発明によるケーシングボディに関する実施例のさらに別の斜視図である。
【００７５】
図６は、本発明による傾斜センサの第３実施例を示す概略平面図である。
【００７６】
図７は、本発明による傾斜センサを示す第４実施例の概略図である。
【００７７】
図８は、本発明による傾斜センサに関する第４実施例のさらに別の概略図である。
【００７８】
図９は、本発明による傾斜センサを備えた第１の機器を示す概略図である。
【００７９】
図１０は、図９による機器を様々な配向状態で示す概略図である。
【００８０】
図１１は、本発明による傾斜センサ装置の第１実施例を示す概略図である。
【００８１】
図１２は、本発明による傾斜センサ装置の第２実施例を示す概略図である。
【００８２】
図１には、傾斜センサ１がラインＡ−Ａに沿った断面図として示されている。傾斜センサ１は、ケーシングボディ２と物体３と配線板４を有している。ケーシングボディ２は平坦な配線板４と接しており、この配線板は同時に傾斜センサ１の底部プレートの役割を果たす。
【００８３】
配線板４はケーシングボディ２の端面を僅かに超えて突出している。図２に示されているように、この個所にはスルーホール８ａ〜８ｄが設けられている。
【００８４】
物体３は、ケーシングボディ２においてこの物体のために設けられた凹部６内に配置されている。有利であるのは、凹部６をダクト状に成形することである。凹部６の横断面は物体３の横断面とはごく僅かに異なっており、この場合、凹部６のサイズは物体３が妨げられずに運動できるように選定されている。図１に示されている物体３は球状体として形成されている。その直径を約０．８ｍｍとすることができる。凹部６の直径を約１ｍｍ程度の値とすることができる。
【００８５】
傾斜センサ１がたとえば傾斜角α＝９０°だけ傾斜軸Ｋを中心に回転すると、物体３は（図２に示すように）第１ポジションＩから第２ポジションＩＩへ移動する。傾斜軸Ｋは、重力に対し平行に延びている軸Ｇに対し垂直に延在している。物体３の案内は内面１４によって行われる。これにより物体は、配線板４上に延びる直線のレーン２４（図２参照）に沿って運動する。レール２４が延在している配線板４の表面は上述の面に対応する。この場合、傾斜軸Ｋは配線板４に対し平行にかつレーン２４に対し垂直に延在している。
【００８６】
放射送信チップ５ａと放射受信チップ５ｂは、物体２が第２ポジションＩＩ（図２参照）にあるときにこれら双方のチップ５ａと５ｂとの間に物体３が存在するように配置されている。動作中、放射送信チップ５ａは放射受信チップ５ｂの方向へ放射を送出し、その際、送信された放射は放射受信チップ５ｂにダイレクトな経路で達する。物体がチップ５ａと５ｂの間にあるとき、放射経路１０は遮断されている。これに対し物体がチップ５ａと５ｂの間になければ、放射経路１０はつながった状態にある。
【００８７】
ケーシングボディ２は凹部６の外側に、放射送信チップ５ａが配置された凹部７ａと、放射受信チップ５ｂが配置された凹部７ｂを有している。
【００８８】
図２には、図１に示した傾斜センサ１の平面図が示されている。傾斜センサ１はオプトエレクトロニクスユニットを有しており、このユニットは放射送信チップ５ａと放射受信チップ５ｂと回路チップ５ｃにより構成されている。放射送信チップ５ａと放射受信チップ５ｂは、電気接続部１１を介して回路チップ５ｃと結線されている。この結線により、放射経路１０と検出器信号を生成することができる。
【００８９】
この実施例によれば物体３がポジションＩにあるとき、放射経路１０はつながった状態にある。これに対し物体３がポジションＩＩにあるとき、放射経路１０は遮断されている。
【００９０】
有利には、放射送信チップ５ａは赤外線放射を送出する発光ダイオードであり、放射受信チップ５ｂはフォトトランジスタであり、評価チップ５ｃはＡＳＩＣである。
【００９１】
スルーホール８ａ〜８ｄは有利には４分円もしくは４分円状リングの形態をもち、これらは背面のはんだ接点と接続されている。これによりボードないしは基板に取り付ける際に傾斜センサ１を簡単に電気的に接続することができる。スルーホール８ａをたとえばアース電位に接続することができる一方、スルーホール８ｃはディジタル出力信号のために設けられている。
【００９２】
図３に示されている傾斜センサ１は金属面９を有している。金属面９は殊に導体路１２を介してスルーホール８ｂと接続されており、したがってこれをアース電位と接続することができる。このようにすることで、静電帯電を回避できるという利点が得られる。また、物体３に少なくとも僅かに導電性の材料を含めることができる。図３に示されているように、レーン２４は金属面９上に延在している。
【００９３】
図４および図５にはケーシングボディ２が示されており、これは本発明による傾斜センサに格別適している。ケーシングボディ２は凹部７ａ，７ｂ，７ｃを有しており、傾斜センサができあがった状態ではこれらの凹部に、放射送信チップ５ａ（図示せず）と放射受信チップ５ｂ（図示せず）と回路チップ５ｃ（図示せず）が挿入されている。さらに傾斜センサが完成している状態では、物体３（図示せず）がダクト状凹部６に配置され、その際、物体３は傾斜センサが回転すると傾斜軸を中心に凹部６の長手方向で運動する。
【００９４】
ケーシングボディ２を多角形たとえば八角形とすることができる。有利なことにこのような形状は、完成した傾斜センサのコンパクトな構造に役立つ。
【００９５】
物体３（図示せず）とケーシングボディ２の内面１４との間に発生する可能性のある摩擦を回避するために、内面１４は少なくとも１つの突出部１３を有している。その際、突出部１３を屋根形に内面１４上で延在させると有利である。
【００９６】
突出部１３を屋根形に形成することによって、物体３は突出部１３のエッジ２５に当接することから、有利なことに物体３（図示せず）と内面１４との間の接触面が小さくなる。
【００９７】
本明細書の概略説明個所ですでに言及したとおり有利にはケーシングボディ２に、オプトエレクトロニクスユニットにとって欠点となる散乱光の影響を低減するプラスチック材料が含まれている。殊に有利にはケーシングボディ２にはさらに、静電帯電を回避する目的で電気的な材料が含まれている。
【００９８】
図６に示されている傾斜センサは２つの物体３を有しており、これらはそれぞれ固有のレーン２４に沿って可動である。この場合、両方のレーンはともに直線状であり、これらは角度μ＝９０°を成している。有利なことにこの種の傾斜センサによれば、図１〜図３に示した傾斜センサを用いた場合よりもさらに精密な傾斜角度測定が可能となる。なぜならばこれら２つの物体を用いれば、２つの異なる傾斜位置（縦置きと横置き）の代わりに４つの異なる傾斜位置を求めることができるからである。
【００９９】
放射送信チップ５ａによって両方の物体を照射することができ、放射検出のためには物体３各々に対しそれぞれ１つの放射受信チップ５ｂが設けられている。
【０１００】
図７および図８には、傾斜センサの部分平面図が示されている。
【０１０１】
この場合、ケーシングボディはリングセグメント状に形成された凹部６を有している。その際、このリングセグメントは必ずしも円形リングセグメンでなくてよい。凹部６の一方の側に放射送信チップ５ａが配置されている。凹部６の他方の側には複数の放射受信チップ５ｂが配置されている。
【０１０２】
図平面に対し垂直に延びている傾斜軸Ｋを中心に傾斜センサが回転する前、第１のチップ５ｂは実質的に物体３の影になっている。つまり放射経路が遮断されている。しかしながら他のすべての放射経路１０はつながった状態にあり、第３〜第６のチップ５ｂは最も強く放射されている。
【０１０３】
傾斜センサが傾斜角αだけ回転すると、凹部６の形状ゆえに湾曲したレーン２４に沿って移動する。
【０１０４】
図８に示されているように、物体３はほぼ半分の区間のところで第３および第４のチップ５ｂを影にすることができる。これに対し第１および第６のチップ５ｂはつながった状態にある。
【０１０５】
図７および図８に示した装置構成によって有利なことに、物体３の瞬時のポジションないしは現在位置を求めることができる。さらにこれにより現在の傾斜角αを求めることもできる。
【０１０６】
図９には、傾斜センサ１を備えた機器１５が示されている。機器１５は移動電話機であり、これは縦置きされておりすなわち幅の狭い辺を下にして配置されているので、機器１５の長手方向軸Ｂは垂直方向に配向されている。しかもこの状態では物体３はポジションＩにあり、これを初期状態と定義することができる。
【０１０７】
物体３が辿って移動していくレーン２４が機器１５の側縁１６に対し角度オフセットγ＝４５°となるよう、傾斜センサ１を機器１５に組み込むのが有利である。側縁１６は同時に機器１５の載置縁部を成している。
【０１０８】
図１０には、傾斜軸Ｋを中心に機器１５を回転させた様子が示されている。反時計回りに傾斜角α＝９０°だけ回転すると、物体３はポジションＩからポジションＩＩへ移動する。放射経路１０（図示せず）がポジションＩにおいてはつながった状態であるのに対し、ポジションＩＩでは遮断された状態であることから、このポジション変更を検出することができる。この実施例によれば、傾斜軸Ｋは配線板４に対し垂直に延びている。さらに傾斜センサ１は、配線板４が載置面２６に対し垂直に配置されるよう機器１５に取り付けられている。これに対する代案として、配線板４を載置面２６に対し平行に配置することもできる。垂直に配置した場合、レーンは内面１４（図示せず）上で延在する。平行に配置し場合、レーン（図示せず）は配線板４上で延在する。
【０１０９】
さらに図１０には、倒れ軸Ｎを中心に機器１５を回転させた様子も示されている。この回転を倒れ角βとして表すことができる。倒れ軸Ｎは傾斜軸Ｋに対し垂直に延びている。
【０１１０】
図示されているように傾斜軸Ｋと倒れ軸Ｎは、重力に対し平行に延びている軸Ｇに対し垂直に延在している。
【０１１１】
図１１に示されている傾斜センサ装置１７は２つの傾斜センサ１を有している。この場合、配線板４は１つの共通の平面に延在している。ただし傾斜センサ１のレーン２４は互いに交差しており、これらのレーンは角度τ＞０°を成している。このような装置構成によって傾斜軸Ｋを中心に回転したとき、４つの傾斜角αを一義的に区別することができる。δ＝９０°であれば、一義的に測定可能な傾斜角はそれぞれ９０゜ずつ異なる。したがってこの種の傾斜センサ装置１７によれば４つの異なる配向を区別することができ、たとえば移動機器の長手軸方向における４つの異なる配向を区別可能である。
【０１１２】
図１２に示されている傾斜センサ装置１７によれば、倒れ角βの変化も検出することができる。このために両方の傾斜センサ１の配線板４が互いに交差して配置されており、その際、角度εは０°よりも大きい。図１２に示されている傾斜センサ装置１７の場合、レーンが同様に互いに交差している。
【０１１３】
なお、本発明は実施例に基づく既述の説明によって限定されるものではない。すなわち本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】本発明による傾斜センサの第１実施例を示す概略断面図
【図２】本発明による傾斜センサの第１実施例を示す概略平面図
【図３】本発明による傾斜センサの第２実施例を示す概略平面図
【図４】本発明によるケーシングボディの１つの実施例を示す概略斜視図
【図５】図４に示した本発明によるケーシングボディに関する実施例のさらに別の斜視図
【図６】本発明による傾斜センサの第３実施例を示す概略平面図
【図７】本発明による傾斜センサを示す第４実施例の概略図
【図８】本発明による傾斜センサに関する第４実施例のさらに別の概略図
【図９】本発明による傾斜センサを備えた第１の機器を示す概略図
【図１０】図９による機器を様々な配向状態で示す概略図
【図１１】本発明による傾斜センサ装置の第１実施例を示す概略図
【図１２】本発明による傾斜センサ装置の第２実施例を示す概略図
【図１】
2009532683.tif 000003
【図２】
2009532683.tif 000004
【図３】
2009532683.tif 000005
【図４】
2009532683.tif 000006
【図５】
2009532683.tif 000007
【図６】
2009532683.tif 000008
【図７】
2009532683.tif 000009
【図８】
2009532683.tif 000010
【図９】
2009532683.tif 000011
【図１０】
2009532683.tif 000012
【図１１】
2009532683.tif 000013
【図１２】
2009532683.tif 000014
【国際調査報告】
2009532683.tif 000015
2009532683.tif 000016
2009532683.tif 000017
2009532683.tif 000018