(57)【要約】  本発明は、２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置（１００）に関するものであり、本装置は、装置のフレーム（１）との関係において固定された第１物体（１０）と、第１物体（１０）との離隔した関係において取り付けられ、且つ、これとの関係における運動のために適合された第２物体（２０）と、第１物体（１０）との関係における第２物体（２０）の運動又は変位を判定する複数の計測セルと、を有する。それぞれの計測セルは、発光素子（１３）と、発光素子（１３）からの光を検出する検出器（２３）と、を有する。本発明は、光電子装置（１００）用の光シールド（３０）を提供し、光シールドは、光電子装置の第１及び第２物体（１０、２０）の間に光ビーム経路の非平面的な又は三次元のアレイを共に定義する複数のチャネル（３）を有する。それぞれのチャネル（３１）は、光電子装置の発光素子（１３）と検出器（２３）の間に光ビーム用の経路を形成し、前述のチャネル（３１）の少なくとも２つは、発光素子（１３）から互いに収束する光経路を定義する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）であって、それぞれが光電子装置の発光素子（１３）と検出器（２３）の間に光ビーム用の経路を形成する複数のチャネル（３１）を有する光シールド（３０）において、
前記チャネル（３１）の少なくとも２つは、前記発光素子（１３）から互いに収束する光経路を定義する、光シールド（３０）。
【請求項２】
請求項１に記載の光シールドであって、前記複数の光経路チャネル（３１）は、少なくとも２つの１つ又は複数のグループとして配列され、且つ、共通の検出器（２３）に向かって収束する別個の光経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項３】
第１物体（１０）との関係おける第２物体（２０）の位置又は運動を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）において、
前記光電子装置の前記第１及び第２物体（１０、２０）の間に光ビーム経路の非平面的な又は三次元のアレイを共に定義する複数のチャネル（３１）を有する光シールド（３０）。
【請求項４】
請求項３に記載の光シールドであって、前記複数のチャネル（３１）は、前記チャネル（３１）によって定義された前記光経路が、前記第１及び第２物体間において、別個のプレーン内において、好ましくは、互いに交差するプレーン内において、延長するように、配列される光シールド（３０）。
【請求項５】
第１物体（１０）との関係における第２物体（２０）の位置又は運動を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）であって、前記第２物体（２０）は、実質的に平坦であり、且つ、前記第１物体（１０）との実質的に平行な離隔した関係において取り付けられる、光シールド（３０）において、
前記光シールド（３０）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）間に取り付けられるべく適合され、且つ、それぞれが前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）の間に延長するべく適合された光ビーム経路を形成する複数のチャネル（３１）を有する光シールド（３０）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光シールドであって、前記チャネル（３１）は、前記光シールド（３０）の壁部分（３３、３４）によって形成され、この場合に、それぞれのチャネルは、それに沿って光が前記光電子装置の発光素子（１３）と検出器（２３）の間において導波又は誘導される空洞を定義するべく前記光経路を少なくとも部分的に取り囲む又は封入する光シールド（３０）。
【請求項７】
請求項６に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、前記光電子装置の発光素子（１３）を少なくとも部分的に封入又は収容するべく適合される光シールド（３０）。
【請求項８】
請求項６に記載の光シールドであって、前記チャネル（３１）を封入する前記壁部分（３３、３４）内に１つ又は複数のスリットダイアフラム（３２）を更に有する光シールド（３０）。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記装置のフレームのプレーンに対応する基準プレーン及び／又は前記第１物体（１０）のプレーンとの関係においてある角度で傾斜した光経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項１０】
請求項９に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記基準プレーンとの関係において、０°〜９０°の角度において、好ましくは、０°〜６０°の範囲の角度において、更に好ましくは、１０°〜３０°の範囲の角度において、傾斜した光ビーム経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、単一の又は一体型のコンポーネントとして形成される光シールド（３０）。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光電子装置（１００）のストッパ構成（４０）又は少なくとも１つのストッパ部材（４１）を受け入れるべく適合された空間又は空洞（３５）を更に有する光シールド（３０）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光シールドであって、前記空間又は空洞（３５）を定義する前記光シールドの壁部分（３６）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）の間の相対的な運動の限度において前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）と接触するべく適合される光シールド（３０）。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）を受け入れる前記空間又は空洞（３５）の周りに配列される光シールド（３０）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、前記第１物体（１０）及び前記第２物体（２０）の中の１つに取り付けられるべく適合される光シールド（３０）。
【請求項１６】
２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置（１００）において、
前記装置のフレーム（１）との関係において固定された第１物体（１０）と、
前記第１物体（１０）との離隔した関係において取り付けられ、且つ、これとの関係における運動のために適合された第２物体（２０）と、
前記第１物体（１０）との関係における前記第２物体（２０）の運動又は変位を判定する複数の計測セルであって、それぞれの計測セルは、発光素子（１３）と、前記発光素子（１３）からの光を検出する検出器（２３）と、を有する、複数の計測セルと、
前記第１物体と前記第２物体の間に取り付けられた前項までの請求項中のいずれか１項記載の光シールド（３０）であって、この場合に、前記光シールド（３０）のそれぞれの光経路チャネル（３１）は、前記計測セルの中の１つの発光素子（１３）と検出器（２３）の間の距離の少なくとも一部にわたって延長する、光シールド（３０）と、
を有する光電子装置（１００）。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光電子装置であって、それぞれの計測セルは、前記位置感知検出器（２３）及び前記発光素子（１３）の間の前記光経路内に配列されたスリットダイアフラム（３２）を更に含み、この場合に、前記光シールド（３０）は、その側部又は壁部分（３３、３４）内に前記スリットダイアフラム（３２）を内蔵する光電子装置（１００）。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光電子装置であって、前記光シールド（３０）によって定義されたそれぞれの光経路チャネル（３１）は、発光素子（１３）及び関連するスリットダイアフラム（３２）の間に延長する光電子装置（１００）。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８の何れか１項に記載の光電子装置であって、少なくとも１つの検出器（２３）を２つの別個の発光素子（１３）によって照射することにより、共通の検出器を有する２つの計測セルを形成し、この場合に、前記光シールド（３０）は、前記別個の発光素子（１３）と前記共通の位置感知検出器（２３）の間に延長する別個の光経路チャネル（３１）を定義する光電子装置（１００）。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光電子装置であって、前記共通の検出器（２３）を有する２つの計測セルのそれぞれは、前記対応する発光素子（１３）の前記ビーム経路内に配列された別個のスリットダイアフラム（３２）を具備し、前記別個のスリットダイアフラム（３２）は、前記光シールド（３０）の側部又は壁部分（３３、３４）内において、好ましくは、平行に、互いに隣接して配列される光電子装置（１００）。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光電子装置であって、複数の計測セルを形成するべく複数の発光素子（１３）によって照射されるそれぞれの検出器（２３）は、前記発光素子によって交互に（即ち、周期的に）照射される光電子装置（１００）。
【請求項２２】
請求項１６乃至２１の何れか１項に記載の光電子装置であって、前記第１物体（１０）との関係における前記第２物体（２０）の運動を制限するべく、ストッパ構成（４０）又は少なくとも１つのストッパ部材（４１）が前記光シールド（３０）の空間又は空洞（３５)内に受け入れる光電子装置（１００）。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光電子装置であって、前記空間又は空洞（３５）を定義する前記光シールド（３０）の壁部分（３６）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０)の間の相対的な運動の限度において前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）と接触するべく適合される光電子装置（１００）。
【請求項２４】
請求項２２に記載の光電子装置であって、前記光シールド（３０）内の前記光経路チャネル（３１）は、前記ストッパ構成（４０）又はストッパ部材（４１）を受け入れる前記空間又は空洞（３５）の周りに配列される光電子装置（１００）。
【請求項２５】
請求項１６乃至２４の何れか１項に記載の光電子装置（１００）を内蔵するフォース及び／又はモーメントセンサ。
【請求項２６】
請求項１６乃至２４の何れか１項に記載の光電子装置（１００）を内蔵するパーソナルコンピュータ用のキーボード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置に関する。又、本発明は、このような光電子装置を内蔵するフォース及び／又はモーメントセンサにも関する。
【背景技術】
【０００２】
コンピュータ環境において二次元又は三次元の運動又は変位を制御及び実装可能であることが、コンピュータユーザーにとって、益々重要になっている。これは、通常、コンピュータ周辺装置を使用して実現される。二次元又は三次元の変位が周辺装置によって検出され、空間内における並進運動（Ｘ、Ｙ、Ｚ）及び／又は回転（Ａ、Ｂ、Ｃ）として表現される。更には、このような変位を使用し、対応する印加された力及び／又はモーメントを判定可能である。
【０００３】
特に、オフィス分野及びエンターテインメント電子機器分野における前述のタイプの最近開発されたコンピュータ周辺装置は、光電子装置を利用して二次元又は三次元空間における変位を検出及び表現している。この場合に、これらは、一般に、２つの自由度においてのみ入力を実現するジョイスティック、マウス、又はトラックボールとは対照的に、最大で６つの自由度における操作を入力可能である入力装置として機能する。光電子装置を有するフォース及び／又はモーメントセンサによって実現される６つの成分の単純且つ便利な入力は、３Ｄ設計ソフトウェア及び高度なコンピュータゲームを制御するために、特に望ましい。
【０００４】
このために、光電子装置は、通常、複数(即ち、最大で６つ）の自由度において変位を計測するべく、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）などの発光素子によって照射された位置感知検出器を有する１つ又は複数の計測セルを含むことになる。このような装置の例は、米国特許出願公開第２００３／１０２４２２Ａ１号及び米国特許出願公開第２００３／１０３２１７Ａ１号に開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、前述の従来技術に鑑み、本発明は、既知の構成と比べて、更に小型であって、更に効率的であり、且つ、更に容易にアセンブルされた装置設計を生成するという目的に基づいている。即ち、装置の設計は、好ましくは、更に柔軟であり、且つ、更に小さな面積を必要とすることを要する。又、装置の設計は、製造が更に経済的であることを要し、且つ、更に信頼性の高い動作を提供することを要する。この結果、この設計は、最大で６つの自由度における単純な入力を実現するオフィス又はエンターテインメント分野において使用される入力装置又はフォース／モーメントセンサの生成において実装可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の目的を実現するべく、本発明は、請求項１、３、又は５に定義された光電子装置用の光シールドと、このような光シールドを内蔵する請求項１６に定義された光電子装置と、を提供する。本発明の好適な特徴は、従属請求項に記述されている。又、本発明は、特許請求された光電子装置を内蔵するフォース及び／又はモーメントセンサをも提供する。好ましくは、フォースセンサは、画像処理及びその他の類似のオフィスアプリケーション用のパン／ズームセンサとして使用される。本発明は、特許請求された光電子装置を内蔵するパーソナルコンピュータ用のキーボードを更に提供する。
【０００７】
（発明の構造及び更なる拡張）
一態様によれば、本発明は、２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置用の光シールドを提供し、この場合に、光シールドは、複数のチャネルを有し、このそれぞれは、光電子装置の発光素子と検出器の間の光ビーム用の経路を形成し、且つ、この場合に、前述のチャネルの少なくとも２つは、発光素子から互いに収束する光ビーム経路を定義している。複数の光経路チャネルは、共通検出器に向かって収束するべく適合された別個の光経路を定義するように、少なくとも２つのチャネルの１つ又は複数のグループとして構成可能である。
【０００８】
別の態様によれば、本発明は、第１物体との関係における第２物体の位置又は運動を判定する光電子装置用の光シールドを提供し、この場合に、光シールドは、複数のチャネルを有し、これらのチャネルは、光電子装置の第１及び第２物体間に光ビーム経路の非平面的な又は三次元のアレイを共に定義している。複数のチャネルは、チャネルによって定義された光経路が、第１及び第２物体間において、別個のプレーン内において、好ましくは、互いに交差するプレーン内において、延長するように、構成可能である。即ち、個々の光経路チャネルは、光電子装置の第１及び第２物体間において、三次元の方式により、光を導波又は誘導するべく適合されている。光シールドは、光電子装置の２つの物体の中のいずれか１つに取り付けられるべく適合可能である。
【０００９】
更なる態様によれば、本発明は、第１物体との関係における第２物体の位置又は運動を判定する光電子装置用の光シールドを提供し、第２物体は、実質的に平坦であり、且つ、第１物体との実質的に平行に離隔した関係において取り付けられ、この場合に、光シールドは、第１物体と第２物体の間に取り付けられるべく適合され、且つ、複数のチャネルを有し、このチャネルのそれぞれは、光電子装置の第１物体と第２物体間において光を誘導又は導波する経路を形成している。チャネルは、第１及び第２物体間において延長するべく配列されており、且つ、前述のように、光シールドは、光電子装置の２つの物体の中のいずれか１つに取り付けられるべく適合可能である。
【００１０】
更に別の態様においては、本発明は、２つの物体の相対的な運動及び相対的な位置を判定する光電子装置を提供し、本装置は、装置のフレームとの関係において固定された第１物体と、第１物体との離隔した関係において取り付けられ、且つ、これとの関係における運動のために適合された第２物体と、第１物体との関係における第２物体の運動又は変位を判定する複数の計測セルであって、この場合に、それぞれの計測セルは、好ましくは、発光素子と、発光素子からの光を検出する検出器と、を有する、複数の計測セルと、第１物体と第２物体の間に提供された前述の本発明の光シールドであって、この場合、光シールドのそれぞれの光経路チャネルは、計測セルの中の１つの発光素子と検出器の間の少なくともなんらかの距離にわたって延長する、光シールドと、を有する。
【００１１】
光電子装置の好適な形態においては、第１物体及び第２物体は、それぞれは、実質的に平坦な又はプレート様の部材を有し、この部材は、好ましくは、実質的に堅固である。従って、第２物体は、第１物体に対して実質的に平行であり、且つ、これから離隔するように、装置内に取り付け可能であり、第１物体は、装置のフレームに対して堅固に固定される。この結果、中立の又は偏向していない位置において、第２物体は、第１物体に対して実質的に平行に配置されている。従って、第１物体のプレーンは、装置用の基準プレーンを形成するものと見なすことができる。
【００１２】
本発明の光電子装置の好適な形態においては、第２物体は、第１物体との関係において弾性的に取り付けられ、且つ、中立位置に対して弾性的に付勢されている。この観点において、光電子装置は、運動又は変位した後に中立位置に戻るべく第２物体を付勢する弾性取り付け手段を含む。弾性取り付け手段は、好ましくは、スプリング手段を含み、且つ、１つ又は複数のコイルスプリング又は任意のその他の好適な弾性部材を包含可能である。
【００１３】
好適なバージョンにおいては、光電子装置は、少なくとも２つの計測セルを、好ましくは、３〜６個の計測セルを含む。発光素子は、好ましくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であり、更に好ましくは、赤外線発光ダイオード（Ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ：ＩＬＥＤ）である。検出器は、好ましくは、位置感知検出器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＤ）であり、更に好ましくは、位置感知赤外線検出器（Ｐｏｓｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｉｎｆｒａ−ｒｅｄ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ：ＰＳＩＤ）である。
【００１４】
本発明の好適な形態においては、光シールドは、光経路チャネルを形成する空洞又はコンジットを具備したハウジングの形態である。即ち、光誘導チャネルは、通常、光シールドの壁部分によって形成されており、それぞれのチャネルは、光経路を少なくとも部分的に取り囲むか又は封入し、それに沿って光を光電子装置の発光素子と検出器の間において導波又は誘導可能な空洞を定義している。従って、チャネルは、光電子装置の第１及び第２物体間において、三次元の方式により、発光素子からの光を導波又は誘導可能である。光シールド自体は、光電子装置の発光素子を少なくとも部分的に封入又は収容するべく適合可能である。
【００１５】
本発明の好適な形態においては、光シールド内の光経路チャネルの配列は、光経路が、第１及び第２物体間において、別個のプレーン内において、好ましくは、互いに交差するプレーン内において、延長するようになっている。光経路チャネルは、好ましくは、装置のベース基準プレーンとの関係においてある角度で傾斜した光経路を定義している。この基準プレーンは、装置のフレームのプレーン又は第１及び／又は第２物体のプレーンに対応可能である。光シールドの光経路チャネルは、好ましくは、０°〜９０°の角度において、更に好ましくは、０°〜６０°の範囲の角度において、更に好ましくは、１０°〜３０°の範囲の角度において、基準プレーンとの関係において傾斜した光経路を定義している。
【００１６】
本発明の好適な形態においては、光シールドは、単一の構造を具備する。例えば、光シールドは、好ましくは、ポリマー−プラスチック材料から、成型作業により、単一の又は一体型のコンポーネントとして製造可能である。光シールドの材料は、通常、望ましくない又は外来の光が光電子装置の検出器から排除されることを保証するべく、透明でなく、好ましくは、不透明である。
【００１７】
本発明の光シールドの利点の１つは、光電子装置の非常に小型の構造と計測セルの向きにおける高度な柔軟性の両方を提供することにある。具体的には、計測セルの三次元アレイを定義する光シールドコンポーネントの設計は、非常に小型の光電子構成を生成することが判明しており、これは、位置感知検出器からの望ましくない外来光の排除を保証するのみならず、相対的に小さな且つ空間効率の優れた装置の構築を可能にしている。
【００１８】
本発明の光電子装置の好適な形態においては、それぞれの計測セルは、位置感知検出器と発光素子の間の光経路内に配置されたスリットダイアフラムを更に含む。それぞれの計測セルの検出器、発光素子、及びスリットダイアフラムの中の少なくとも１つは、第１物体と関連付けられ、且つ、装置のフレームとの関係において固定されており、それぞれの計測セルの検出器、発光素子、及びスリットダイアフラムの中の少なくとも１つのその他のものは、第２物体と関連付けられ、且つ、これと共に運動可能である。
【００１９】
従って、本発明の好適な形態においては、光シールドは、１つ又は複数のスリットダイアフラムを内蔵している。特に、スリットダイアフラムは、好ましくは、光シールド内に形成された光経路チャネルのそれぞれの内部に提供されるか、又はこれと関連付けられている。具体的には、１つ又は複数のスリットダイアフラムは、チャネルを封入する光シールドの壁部分に内蔵可能である。光シールドハウジングによって定義された光経路チャネルは、好ましくは、それぞれの発光素子とその関連するスリットダイアフラムの間に延長する。これにより、ハウジングは、外来の又は望ましくない光から位置感知検出器のそれぞれを遮蔽するべく適合されている。
【００２０】
本発明の好適な形態においては、光シールドは、少なくとも３つの辺領域を具備したコンポーネントを有し、それぞれの辺領域に沿って、少なくとも１つの光経路チャネルが形成されている。更に好ましくは、光シールドのそれぞれの辺領域は、互いに収束する光ビーム経路を定義する２つの光経路チャネルを有する。従って、１つの特定のバージョンにおいては、光シールドハウジングのそれぞれの辺は、２つの別個の光経路チャネルを具備する。
【００２１】
光電子装置の好適な形態においては、少なくとも１つの位置感知検出器は、２つの別個の発光素子によって照射され、これにより、共通の検出器を有する２つの計測セルを形成している。この場合には、光シールドは、前述のように、２つの別個の発光素子から延長し、且つ、共通の位置感知検出器に向かって収束する別個の光経路チャネルを定義可能である。前述の共通検出器を有する２つの計測セルのそれぞれは、好ましくは、対応する発光素子のビーム経路内に配置された別個のスリットダイアフラムを具備する。２つのスリットダイアフラムは、光シールドハウジングの壁部分内において、互いに隣接した状態で、好ましくは、平行に、配置可能である。但し、別個の発光素子によって照射された共通の位置感知検出器を具備する２つの計測セルは、任意選択により、両方の発光素子のビーム経路内に配置された単一の共通スリットダイアフラムを具備することも可能であることを理解されたい。
【００２２】
光電子装置の好適な形態においては、スリットダイアフラムの少なくとも１つのスリットの方向は、位置感知検出器の光感知部分又は軸を実質的に横断するように、例えば、これに基本的に垂直に、アライメントされている。スリットダイアフラムの少なくとも１つを通じて発光し、且つ、検出器上に入射する光のプレーンは、検出器の光感知部分のプレーンと鋭角を形成可能である。好ましくは、複数の計測セルを形成するべく複数の発光素子によって照射されるそれぞれの位置感知検出器は、発光素子によって交互に（即ち、周期的に）照射される。次いで、検出器の計測値が、その照射と同時に判読される。換言すれば、それぞれの計測セルの検出器は、特定の時点において１つの発光装置によってのみ照射され、これと同時に検出器の計測値が読み出されるべく設計されている。
【００２３】
通常、共通の位置感知検出器を具備した計測セルは、発光装置から発せられたビーム経路が交差し、且つ、例えば、これらの交差プレーン内の共通検出器の実質的に同一部分を照射するように、構成されている。
【００２４】
好適な形態においては、本発明の光電子装置は、第１物体との関係における第２物体の運動又は変位を制限するストッパ構成を有する。ストッパ構成は、光電子装置のフレームとの関係において固定されるべく適合された取り付け部分と、取り付け部分の横方向に配置され、且つ、これと実質的に堅固に接続された少なくとも１つの全般的に細長いストッパ部材と、を有する。
【００２５】
ストッパ構成は、特定の既定の限度を超えた第１物体との関係における第２物体の運動又は変位に対して物理的な障害物を提供するべく、光電子装置内に取り付けられるように設計されている。従って、ストッパ構成は、ユーザーが、正常な使用の際に、不注意によって装置に過負荷をかけることを防止するべく設計されている。
【００２６】
ストッパ構成の好適な形態においては、取り付け部分は、全般的に細長く、且つ、その一端領域において光電子装置のフレームとの関係において固定されるべく適合されている。例えば、取り付け部分は、ねじ山が切られた留め具などの留め具により、又は接着剤により、光電子装置のフレームに固定されるべく適合可能である。少なくとも１つのストッパ部材は、フレームに取り付けられた又はこれに取り付けられるべく適合された取り付け部分のその端部領域から離隔した場所において取り付け部分と実質的に堅固に接続される。従って、少なくとも１つのストッパ部材は、フレームとの関係において固定される端部領域の反対側の取り付け部分のもう１つの端部領域において取り付け部分と堅固に相互接続可能である。
【００２７】
ストッパ構成の好適な形態においては、少なくとも１つのストッパ部材は、ストッパ部材が取り付け部分の長手方向の延長に対して実質的に平行な方向に延長するように、取り付け部分の横方向に配置される。
【００２８】
本発明の好適な形態においては、光シールドは、光電子装置のストッパ構成又は少なくとも１つのストッパ部材を受け入れる空間又は空洞を有する。従って、この空間又は空洞を定義する光シールドの壁部分は、第１物体と第２物体の間の相対的な運動の限度に到達した際にストッパ構成又は少なくとも１つのストッパ部材に接触するべく、適合可能である。光経路チャネルは、好ましくは、ストッパ構成又は少なくとも１つのストッパ部材を受け入れる空間又は空洞の周りに配列される。
【００２９】
本発明による３Ｄ入力装置は、フォース及び／又はモーメントセンサと同等視可能である。並進運動（Ｘ、Ｙ、Ｚ）は、力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）に対応し、回転運動（Ａ、Ｂ、Ｃ）は、モーメント（Ｍｘ、Ｍｙ、Ｍｚ）に対応している。パン／ズームセンサは、並進運動（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のみをキャプチャ可能であるため、パン／ズームセンサは、通常、フォースセンサ（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）に対応している。
【００３０】
本発明の以上の説明は、添付の図面を参照し、一例として提供される本発明の特定の実施例の以下の詳細な説明から更に十分に理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明の実施例は、添付図面に示されており、これらの図面においては、類似の特徴を類似の参照符号によって示している。
【００３２】
まず、図面中の図１〜図４を参照すれば、本発明の光電子装置１００の様々なコンポーネントが示されている。この例においては、本発明の光電子装置は、フォース／モーメントセンサとして実施されており、且つ、３Ｄコンピュータ環境において最大で６つの自由度における単純且つユーザーフレンドリーなモーション入力を許容する入力装置として機能するべく設計されている。
【００３３】
光電子装置１００は、通常、使用の際に机又はベンチの上に静止状態において留まるフレーム又はベース１と、ベース１上に移動可能に取り付けられ、且つ、装置１００によって検出及び解釈される動きをユーザーが入力可能である入力手段を形成するノブ様のキャップ２と、を含む。具体的には、装置１００のキャップ２は、ユーザーによって把持され、且つ、ベース１との関係において操作されることにより、所望の入力を生成するべく設計されている。図１〜図３において観察できるように、キャップの下部エッジは、すべての方向におけるキャップのある程度の動きを許容するのに十分なクリアランスを有する状態において、ベース１の周囲の環状の凹部３内に配置される。従って、装置１００は、ベース１との関係におけるキャップ２の運動又は変位を検出し、突き止め、又は判定するべく設計されている。
【００３４】
キャップ及びベースの相対的な運動又は位置を判定するべく、光電子装置１００は、装置のベースとの関係において固定された第１ボード部材１０と、第１ボード部材１０との離隔した関係において弾性的に取り付けられ、且つ、これとの関係における運動又は変位のために適合された第２円形ボード部材２０と、第１及び第２ボード部材の間の相対的な運動又は変位を判定する複数の光電子計測セルと、を含む。第１及び第２ボード部材１０、２０は、例えば、先程引用された米国特許出願公開第２００３／１０２４２２号及び米国特許出願公開第２００３／１０３２１７号からわかるように、好ましくは、印刷回路基板を有し、且つ、好ましくは、光電子計測セルの電子コンポーネントの少なくともいくつかのものをも保持する実質的に堅固なプレート様の部材である。以下の説明においては、第１及び第２ボード部材１０、２０は、それぞれ、単純に、第１ボード１０及び第２ボード２０と呼ぶこととする。
【００３５】
図３において観察できるように、ノブ様のキャップ２は、第２ボード２０にその外周において堅固に固定されている。即ち、第２ボード２０は、キャップ２の内部表面上に形成されたショルダ部４と当接した状態で、例えば、セメント又は接着剤を使用して固定される。更には、第１ボード１０は、通常、ベース内に形成された取り付け孔５を通じ、且つ、第１ボード１０内に形成された対応するねじ孔１１を通じて挿入されたねじにより、フレーム又はベース１に堅固に接続されている。従って、ベースフレーム１との関係におけるキャップ２の運動又は位置は、第１ボード１０と第２ボード２０の相対的な運動及び／又は位置を検出及び計測することにより、判定される。従って、本発明の光電子装置１００が相対的な運動又は位置を判定する対象である２つの「物体」は、第１ボード１０及び第２ボード２０であるものと理解可能である。但し、これら２つの物体の相対的な運動又は位置は、第１ボード１０及び第２ボード２０がそれぞれ堅固に接続されるベース１とキャップ２の相対的な運動又は位置にも対応している。
【００３６】
図面中の図１、図３、及び図４を参照すれば、第２ボード２０は、３つの等しく離隔したコイルスプリング要素６により、第１ボード１０に弾性的に接続されている。スプリング要素６のそれぞれの下端は、第１ボード１０内に形成された対応する取り付け孔１２内に受け入れ及び（好ましくは、ハンダ付けによって）固定されるべく適合されている。同様に、スプリング要素６の上端は、第２ボード２０内に形成された対応する取り付け孔２２内に受け入れ及び（この場合にも、好ましくは、ハンダ付けによって）固定されるべく適合されている。この結果、実質的に円形の第２ボード２０は、第２ボード２０がスプリング要素６によって中立位置に弾性的に付勢されるように、実質的に円形の第１ボード１０の直接上方において離隔し、且つ、これに対して基本的に平行な（図４に示されている）中立位置に取り付けられる。この観点において、スプリング６は、第２ボードが第１ボード１０との関係において移動又は変位した際に、第２ボード２０を中立位置に戻すべく機能する。
【００３７】
次に、図１に加えて、図面中の図５、図６、及び図７をも参照すれば、第１及び第２ボード１０、２０の相対的な運動及び／又は位置を判定する計測セルのそれぞれは、第１ボード１０の上面から突出する赤外線発光ダイオード（ＩＬＥＤ）１３の形態の発光素子と、第１ボード１０に対向する第２ボード２０の底面上に取り付けられた位置感知赤外線検出器（ＰＳＩＤ）２３と、を有する。従って、この実施例においては、第１ボード１０上に取り付けられたＩＬＥＤ１３は、装置１００のベース１との関係において固定されており、ボード２０上に取り付けられたＰＳＩＤ２３は、第２ボード２０がノブ様のキャップ２を介して移動した際のＩＬＥＤ１３との関係における運動のために適合されている。
【００３８】
更には、図５〜図７から具体的に明らかとなるように、ＩＬＥＤ１３を効果的に収容すると共に、さもなければＰＳＩＤが提供する読み取りの精度に影響を付与可能である望ましくない又は外来の光からＰＳＩＤ２３を遮蔽するべく、光シールド３０が第１ボード１０と第２ボード２０の間に提供されている。この実施例においては、光シールド３０は、ＩＬＥＤ１３をカバーして実質的に収容するように、第１ボード１０上に静止状態において取り付けられるべく設計された多辺（略三角形の）プリズムハウジングの形態を有する。この特定の実施例においては、それぞれのＰＳＩＤ２３が、２つの別個のＩＬＥＤ１３によって照射されるべく設計されるように、第１ボード１０上に６つのＩＬＥＤ１３が、そして、第２ボード２０上に３つのＰＳＩＤ２３が提供されている。これにより、それぞれのＰＳＩＤ２３は、２つの別個の計測セルの一部を形成するべく設計されている。
【００３９】
図面の図６及び図７において明瞭に観察できるように、光シールド３０は、第１ボード１０上のそれぞれのＩＬＥＤ１３と、上方の第２ボード２０上に取り付けられたそのそれぞれのＰＳＩＤ２３の間の個々の光経路チャネル３１を定義するいくつかの空洞を有する略中空の構造を具備する。更には、図５に示されているように、光シールドハウジング３０は、スリットダイアフラム３２のそれぞれが、１つのＩＬＥＤ１３と、このＩＬＥＤが照射するべく意図された個々のＰＳＩＤ２３の間の光経路内に配列されるように、その上面又は壁３３内に形成されたスリットダイアフラム３２を含む。この実施例においては、ＩＬＥＤ１３のそれぞれは、略三角形のハウジング３０の２つの隣接する辺の間の頂点の近傍に配置されており、個々のスリットダイアフラム３２は、上部壁部分３３においてそれぞれの辺の長さに沿って中央に配置されている。それぞれのスリットダイアフラム３２のスリットの方向は、関連するＰＳＩＤ２３の光感知部分又は軸に対して、実質的に横断方向であり、好ましくは、垂直である。光シールド３０の壁部分３３は、ＰＳＩＤ２３からの望ましくない又は外来の光を排除し、これにより、スリットダイアフラム３２を通じて伝播した光のみが検出器上に入射することを保証するべく、透明ではなく、即ち、通常は、不透明である。
【００４０】
図面中の図６及び図７を更に参照すれば、ＰＳＩＤ２３のそれぞれが２つの別個のＩＬＥＤ１３によって照射されるため、略３つの辺を有する光シールドハウジング３０の辺のそれぞれは、中央分割壁３４により、２つの別個の光経路チャネル３１に分割されている。この結果、それぞれのＰＳＩＤ２３は、２つの別個のスリットダイアフラム３２を介してその２つの別個のＩＬＥＤ１３によって照射される。スリット３２のそれぞれは、ＩＬＥＤ１３の中の１つのみについて関連するＰＳＩＤとの光学的な通信を提供している。即ち、それぞれのＩＬＥＤ１３には、その独自の専用のスリットダイアフラム３２が提供されている。それぞれのペアのスリットダイアフラム３２は、実質的に平行に配列され、且つ、関連するＰＳＩＤ２３の光感知部分に対して略垂直に延長している。従って、略三角形のハウジング３０のそれぞれの辺に沿って形成された２つのチャネル３１は、頂点におけるＩＬＥＤ１３から共通のＰＳＩＤ２３に向かって収束する光ビーム経路を定義している。
【００４１】
従って、光シールド３０のチャネル３１は、光ビーム経路のそれぞれが、第１ボード１０のプレーンとの関係において、即ち、装置１００のベース基準プレーンとの関係において、約３０°〜６０°の範囲の角度（好ましくは、約４５°）において延長するべく配列されるように、第１ボード１０上のＩＬＥＤ１３と第２ボード２０上のＰＳＩＤ２３の間に複数の個別の光ビーム経路を定義している。更には、光シールド３０のそれぞれの辺に沿って形成された光経路チャネル３１によって定義された光ビーム経路は、ハウジング３０の辺のプレーンに略対応する３つの別個の交差するプレーン内において延長している。この観点において、共通のＰＳＩＤ２３を具備した２つの計測セルの光ビーム経路は、光シールド３０がＩＬＥＤ１３とＰＳＩＤ２３の間の光ビーム経路の三次元アレイを形成するように、同一プレーン内に位置するものと見なすことができる。そして、この結果、光シールドの形状変更における大きな柔軟性を許容しつつ、非常に小型の光電子装置１００が提供される。具体的には、例えば、正方形及び五角形のプリズム、その他の多辺形状、並びに、湾曲した辺の形状を含むその他の光シールド構成も、本発明によって想定されていることを理解されたい。
【００４２】
光シールドハウジング３０の隣接する辺上のチャネル３１は、光シールド３０が、中間の分割壁３４によって互いに分離された３つのＶ形状の空洞又は凹部を具備するように、互いに結合し、それぞれのコーナー領域にＶ形状の凹部を形成している。ハウジングのそれぞれのコーナー内に配列されたＩＬＥＤ１３のペアは、その個々のスリットダイアフラム３２及びＰＳＩＤ２３に導波された相対的に合焦された光ビームを具備する。これは、光シールド３０自体の設計及び透明ではない特性と共に、関連するＩＬＥＤ１３からの光のみが個々のＰＳＩＤ２３を照射することを保証するのに有用である。
【００４３】
本発明によって想定される代替実施例（但し、図示されてはいない）においては、光シールド３０のそれぞれのコーナー領域内に取り付けられたＩＬＥＤ１３のそれぞれのペアは、更に幅の広いビームを具備した単一のＩＬＥＤ１３によって置換可能であろう。このような実施例においては、それぞれのＩＬＥＤ１３は、ハウジングの隣接する辺に沿って延長する光経路チャネル３１の両方を照射し、これにより、２つの別個のＰＳＩＤ２３を同時に照射可能であろう。
【００４４】
図１を再度参照すると共に、図８及び図９の概略図（これらは、スプリング要素６及びいくつかのその他の詳細の図示を省略している）を検討すれば、光電子装置１００は、特定の既定の限度を超えた第１ボード１０との関係における、第２ボード２０の運動又は変位に対する物理的な障害物を提供するべく設計された、ストッパ構成４０を更に含んでいることが観察されよう。これにより、ストッパ構成４０は、使用の際の装置１００の不注意による過負荷の印加を防止している。
【００４５】
この観点において、ストッパ構成４０は、プレート様の接続部材４２を介してその上端領域において互いに相互接続された円筒形のスタッド又はピンの形態における、３つの全般的に細長いストッパ部材４１を有する。３つのピン部材４１は、互いに等しく離隔し、且つ、プレート部材４２の一面から実質的に平行に延長している。更には、ピン部材４１は、第２ボード２０を貫通して形成された、対応する開口部又は孔２４を通じて受け入れられ、且つ、ベース１に向かって延長して、これとの関係において堅固に固定されるべく適合されている。図３から明らかなように、ピン部材４１は、第１ボード１０を堅固に固定するべく使用されるベース１内の取り付け孔５とアライメントするべく配列される。従って、ピン部材４１は、好ましくは、同一の取り付け孔５を使用することにより、ベース１との関係おいても固定される。この観点において、ピン部材４１には、好ましくは、プレート部材４２から遠いその端部領域に、内部にねじが切られたボアが提供されている。或いは、この代わりに、ピン部材４１の遠端部は、接着セメント又はその他の固定手段を使用して第１ボード１０に固定することも可能であろう。従って、この特定の実施例においては、ピン様のストッパ部材４１は、ストッパ構成４０を光電子装置１００のフレーム１に固定する取り付け部分４４をも形成している。
【００４６】
ストッパ４０は、第１ボード１０との関係における第２ボード２の運動に対する確実な限度を定義するための、全般的に丈夫で堅固な構造を具備する。ピン部材４１及び堅固なプレート部材４２は、恐らくは、光電子装置１００のサブアセンブリとして別個に形成又は予めアセンブル可能であろうが、ストッパ４０は、更に好ましくは、例えば、相対的に高密度のポリマー−プラスチック材料を使用した射出成型によるなどのように、堅固な単一のコンポーネントとして形成される。
【００４７】
光電子装置１００のコアコンポーネントを示す図面中の図４及び図９から明らかなように、第２ボード２０を貫通して形成された開口部又は孔２４は、これらが受け入れるピン部材４１の直径よりも実質的に大きな直径を具備する。第１ボードとの関係における第２ボード２０の中立位置（図４及び図９に示されている）において、ピン部材４１のそれぞれは、第２ボードを貫通するその個々の孔２４内において実質的に中央に配置されている。ボード部材１０、２０を接続する３つのスプリング取り付け要素６の弾性変形可能性により、第２ボード２０は、孔２４及びピン部材４１の側部によって定義された限度内において、第１ボード１０に平行なプレーン内において、横方向に、且つ、回転的に、運動可能である。図１０に明瞭に示されているように、第２ボード２０がスプリング要素６の付勢に抗して第１ボード１０との関係においてその中立位置から反時計回りに回転すると、孔２４のエッジが、最終的にピン部材４１の横方向側部と係合し、これがストッパとして機能して第２ボードの更なる回転を防止する。当然のことながら、同一の効果は、第２ボード２０の時計回りの回転又は横方向の並進運動についても発生する。
【００４８】
ストッパ４０の動作を補完及び減衰させるべく、矩形のフォームブロックの形態における３つの弾性要素７を、第１ボード１０と第２ボード２０の間に配設可能である。弾性ブロック７は、ピン部材４１の１つに近接した位置において第２ボード２０の底面に装着可能である。この結果、弾性ブロック７は、孔２４のエッジが個々のピン部材４１の横方向側部との接触点に接近するように第２ボード２０が変位又は運動すると、ピン４１と接触し、これにより、第２ボード２０とストッパのピン部材の間の接触を減衰又は緩衝させるべく適合されている。
【００４９】
同様に、フォームブロック７は、その端部と第１ボードの間において小さなギャップを有する状態において終端しつつ、第２ボード２０から第１ボード１０に向かって延長するべく、取り付け可能である。第２ボード２０が第１ボード１０に向かって運動又は変位するのに伴って、弾性ブロック７は、当初、変位がギャップの限度内にある際には、なんの影響をも具備しない。しかしながら、第２ボード２０が第１ボード１０に向かって更に変位した際には、弾性ブロック７の少なくとも１つの自由端部が第１ボード部材１０と接触し、第２ボードがストッパ４０と係合する前に、第２ボード２０の運動を緩衝又は減衰させる。代替肢として、フォームブロック７は、光シールド３０の外部表面に、例えば、接着するなどのように、取り付け可能であり、或いは、第１ボード１０上に取り付けることも可能である。
【００５０】
図面中の図９、図１１、及び図１２に示されているように、ストッパ構成４０のピン部材４１の上端を接続するプレート部材４２は、表面が第２ボード２０の中立の向きの角度との関係において特定の既定の角度で傾斜し、これにより、装置の第１ボード１０（並びに、ベースフレーム１）との関係における第２ボード２０（並びに、キャップ２）の傾斜の最大角度を定義している環状の周辺領域４３を有する。このような傾斜した環状周辺領域４３は、図１２から明らかなように、プレート部材４２の上面及び底面の両方に提供可能である。
【００５１】
具体的に図１１及び図１２を参照すれば、傾斜（例えば、回転）運動が、図示のように（キャップ２を介して）第２ボード２０に適用された際には、第２ボード２０は、既定量の傾斜が発生した後に、第２ボード２０が、傾斜した周辺領域４３内においてプレート部材４２と係合する時点まで、偏向することになる。固定されたプレート部材４２の傾斜した周辺表面領域４３との接触又は係合は、その方向における第２ボード２０の更なる相対的な運動を停止させるべく機能する。同時に、或いは、恐らくは、場合によっては、この代わりに、キャップ２の上部内部表面が、図１２に示されているように、プレート部材４２の対応する傾斜した周辺部分４３と係合することも可能である。図１２に明瞭に示されているように、第１ボード１０、光シールド３０、及びストッパ４０は、いずれも、キャップ２及び第２ボード２０が装置の動作の際にフレームとの関係において運動した際に、装置１００のフレームとの関係において静止状態に留まっている。
【００５２】
本発明による光電子装置の代替実施例が図面中の図１３及び図１４に概略的に示されている。装置１００の代替実施例の原理又は中核的な要素の分解図が図１３に示されている。この図は、図１に示された分解図に略対応しているが、この場合には、装置のベース１及びキャップ２が省略されている。図１〜図１２を参照して既に説明済みの特徴に対応する光電子装置１００の類似の特徴には、同一の参照符号が付与されている。
【００５３】
観察されるように、図面中の図１３及び図１４の光電子装置１００の実施例は、以前の実施例に存在している本発明の同一の原理を、但し、多少異なる方式により、内蔵している。この場合にも、光電子装置１００は、ベース（図示されてはいない）に固定された第１ボード１０と、第１ボード１０と離隔し、且つ、これに対して実質的に平行な関係においてヘリカルスプリング要素６上に弾性的に取り付けられた第２円形ボード２０と、を含む。ヘリカルスプリング要素６は、第１実施例において説明したものと同一の方式によって第１及び第２ボード１０、２０に固定され、第２ボードを、中立位置を中心として第１ボード１０との関係において弾性運動可能にしている。又、この場合にも、光電子装置は、複数の計測セルを具備し、このそれぞれは、ＩＬＥＤ１３及びＰＳＩＤ２３を有する。しかしながら、第１実施例とは対照的に、この実施例においては、ＩＬＥＤ１３は、第１ボード１０との関係における運動のために第２ボード２０上に取り付けられており、ＰＳＩＤ２３は、ＩＬＥＤ１３に対向する第１ボード１０上に取り付けられ、且つ、装置のフレームとの関係において固定されている。
【００５４】
以前と同様に、この実施例の光電子装置１００は、ＩＬＥＤ１３のペアが共通のＰＳＩＤ２３を照射するべく導波されるように、３つのグループとして配列された６つの計測セルを具備する。この実施例における光シールド３０は、第１実施例における略プリズムの形状とは非常に異なる構成を具備しているが、特定の特性を表す特徴は、変化することなしに留まっている。光シールド３０は、依然として、略三角形の構成を具備し、且つ、その三角形の構成の３つの辺領域のそれぞれに形成された２つの個々の光経路チャネル３１を含む。但し、この場合には、プリズムハウジングの平行な壁によって定義される代わりに、光経路チャネル３１は、一体型の光シールドコンポーネント３０の辺に装着された別個の又は個別のコンパートメント３５内に形成されている。コンパートメント３５のそれぞれは、ポッド様の構造を具備し、この壁部分３３は、中央分割壁部分３４によって互いに分離された２つの個別のチャネル３１を取り囲んで封入している。従って、それぞれのコンパートメント３５は、個々のＩＬＥＤ１３からＰＳＩＤ２３に光を導波又は誘導するべく第１ボード１０に向かって第２ボード２０から下方に延長する光経路チャネル３１を形成する空洞のペアを定義している。図１４において恐らくは更に明瞭に観察できるように、それぞれのチャネル３１は、ＩＬＥＤ１３の中の１つを受け入れ、且つ、部分的に収容している。ＩＬＥＤ１３は、相対的に合焦された光ビームを具備しているため、光シールド３０内におけるそれぞれのＩＬＥＤ１３の完全な封入又は完全な収容は不要であることに留意されたい。第１実施例の場合と同様に、共通のＰＳＩＤ２３を照射するＩＬＥＤ１３用のチャネル３１のペア（即ち、この場合には、ポッド様のコンパートメント３５のそれぞれの内部のチャネル３１）によって定義された光経路は、ＩＬＥＤ１３から関連するＰＳＩＤ２３に向かう方向において互いに向かって収束している。更には、こちらも、第１実施例の場合と同様に、光シールド３０のそれぞれの辺においてチャネル３１によって定義された光ビーム経路は、光シールド３０がＩＬＥＤ１３とＰＳＩＤ２３の間に光ビーム経路の三次元アレイを形成するように、別個の交差するプレーン内において延長している。
【００５５】
この第２実施例の光シールド３０は、図１５において更に詳しく観察可能であるが、図１３に示されている概略的なバージョンと比較した場合に、いくつかの小さな変更点を有する。例えば、図１５に示された光シールド３０においては、光経路チャネル３１を形成するそれぞれのポッド様のコンパートメント３５の側部壁部分３３の上部部分は、装置１００がアセンブルされた際に、この光シールド３０内のＩＬＥＤ１３のそれぞれが光シールドの個々のチャネル内に実質的に完全に封入及び収容されることになるように、切り離されてはいない。図１３〜図１５に示された光シールドの図において実際に可視状態にはないが、ポッド様のコンパートメント３５のそれぞれの底面上の光シールド３０の壁部分は、スリットダイアフラムが第１実施例において光シールドハウジング内に内蔵されていたのと同一の方式により、ＰＳＩＤ２３のそれぞれの上方にスリットダイアフラム３２を内蔵している。
【００５６】
第１実施例とは異なり、この実施例における光シールドコンポーネント３０は、第１ボード部材１０との関係において第２ボードと共に運動するべく、運動可能な第２ボードに堅固に固定され、且つ、従って、これから吊り下がるように設計されている。このために、図１５は、光シールド３０を第２ボード２０にねじ固定するべく、ポッド様のコンパートメント３５内のチャネル３１のそれぞれの間の分割壁部分３４に隣接して形成されたねじ孔３６を示している。従って、第１ボード部材１０上に固定された光電子装置１００のＰＳＩＤ２３は、運動可能なＩＬＥＤ１３から伝播された光を検出し、且つ、ポッド様の構造３５の底面内に形成されたスリットダイアフラム３２を介してＰＳＩＤ２３を照射することにより、第２ボード２０の運動及び位置を検出する。
【００５７】
図１３及び図１５を参照し、この第２実施例の光シールド３０が、光電子装置１００の多機能コンポーネントを構成していることに留意されたい。即ち、その機能は、外来の又は望ましくない光から遮蔽されるように、ＰＳＩＤ２３に光を導波又は誘導することのみではない。前述のように、光シールドコンポーネント３０は、ねじ孔３６を介した第２ボード２０への接続のための取り付け能力をも具備している。更には、光シールドコンポーネント３０は、ストッパ構成４０と、具体的には、細長いストッパ部材４１を受け入れるべく設計された中央空間又は空洞３７を内蔵している。この観点において、当業者には、光シールド３０は、第１実施例と同一の構成を具備したストッパ構成４０用の３つの円筒形の空間又は空洞を内蔵可能であることが理解されよう。但し、本実施例においては、ストッパ構成４０は、多少異なる構成（後程詳述する）を具備し、この結果、空間又は空洞３７は、連続している。同様に、ストッパ構成４０のピン部材４１を収容するべく第２ボード２０内に形成された以前の円形開口部２４は、この実施例においては、依然としてコーナーにおける円形開口部２４の部分を有する単一の連続した開口部２５を形成するべく、相互接続されている。更には、光シールドコンポーネント３０のエッジ領域は、ボード２０内に形成された開口部２５にマッチングさせて光シールドの配置及び取り付けを円滑に実行するべく、成形可能である。この観点においては、図１５において観察できるように、光シールドコンポーネント３０の上部エッジ領域は、直立したリム３８を具備し、この外部プロファイルは、第２ボード２０内に形成された開口部２５の形状にマッチングするべく設計されている。従って、リム３８は、光シールドコンポーネント３０が第２ボード２０に装着された際に、開口部３８内にぴったりと受け入れ可能である。光シールドコンポーネント３０内の空間又は空洞３７は、後述するように、ストッパ構成４０の取り付け部分を受け入れる中央領域と、個々のストッパ部材４１を受け入れるべくこれから延長する丸い突出部と、を含むことを観察されたい。
【００５８】
次に、この図１３に示された装置１００の実施例におけるストッパ構成４０を参照すれば、ストッパ４０は、その下端において光電子装置のフレームとの関係において固定されるべく設計された細長い円筒形の部材の形態の中央取り付け部分４４を有する。このために、第１ボード１０内に形成された中央ねじ孔１４を通過し、且つ、中央取り付け部分４４内の対応するねじ山が切られたボア（図示されてはいない）と係合する大きなねじファスナ８が提供されている。又、同一のねじファスナ８は、第１ボード１０を光電子装置１００のベース又はフレームにも堅固に固定可能である。
【００５９】
更には、ストッパ構成４０は、第１実施例の場合と同様に、略円筒形のピン又はスタッド部材の形態の３つの細長いストッパ部材４１を有する。これらのストッパ部材４１は、中央取り付け部分４４の周りにおいて横方向に且つ離隔して配列されている。更には、ストッパ部材４１は、取り付け部分４４に対して、且つ、互いに、実質的に平行に延長している。又、第１実施例の場合と同様に、ストッパ構成４０は、ストッパ部材４１のそれぞれの上端を互いに堅固に相互接続するディスク形状のプレート部材４２を内蔵している。又、重要なことに、このプレート部材４２は、ストッパ部材４１のそれぞれを円筒形取り付け部材４４の上端領域と、即ち、ねじ留め具８によって装置のフレームに固定される下端領域の反対側である取り付け部分４４の端部領域と堅固に接続している。又、この実施例においては、ストッパ部材４１と取り付け部分４４の間の接続は、中央取り付け部分４４からストッパ部材に向かって半径方向を外側に延長するウェブ要素４５によっても実現されている。このような半径方向のウェブ、フィン、又はリブ要素は、ストッパ構成４０の剛性を向上させており、且つ、特に、細長いストッパ部材４１を安定化させるべく機能する。ウェブ要素４５の厚さは、必要な剛性の程度に従って選択可能である。ウェブ要素４５は、ストッパ部材４１の実質的に全長にわたって延長するものと示されているが、これも、必要な剛性の程度に従って変更可能である。
【００６０】
図面中の図１３及び図１４を更に参照すれば、この実施例においては、細長いストッパ部材４１は、ストッパ部材４１の下端が第１ボード１０に延長するように、中央取り付け部材４４と実質的に同一の長さを具備していることが観察されよう。但し、第１実施例とは異なり、ストッパ部材４１のこれらの下端領域は、第１ボード１０に固定されてはいない。むしろ、ストッパ部材４１の下端領域は、第１ボードの上部表面に接触し、もたれているに過ぎない。この結果、この実施例のストッパ４０は、取り付け部分４４に対して固定されたねじファスナ８を介して、単一の固定動作により、フレームに取り付け及び固定可能である。
【００６１】
当業者であれば、ストッパ部材４１は、特に長いものである必要はなく、且つ、これらは、プレート部材４２から第１ボード１０に延長する必要もないことを理解するであろう。この観点においては、中央取り付け部分４４が、ストッパ構成４０をその下端領域において装置１００のフレームに堅固に固定する責任を負っているため、ストッパ部材４１は、第１ボードにまったく接触する必要がない（但し、このような構成は、向上した安定性を提供可能である）。実際に、図１４を参照すれば、ストッパ部材４１は、第２ボード部材２０及び／又は上部リム３８又はストッパ部材４１を受け入れる空洞３７を形成する光シールドコンポーネント３０の上部壁部分と相互作用するのに十分な量だけ延長する必要があることが理解されよう。
【００６２】
次に図面中の図１６及び図１７を参照すれば、図１３及び図１４の概略図に対応する本発明の光電子装置の実施例の更に詳しい図が提供されている。これらの図面は、更なる詳細を示しているが、類似の特徴には、対応する参照符号が付与されている。例えば、ストッパ構成４０のプレート接続部材４２は、図８〜図１２を参照して説明したものと同一の設計及び機能を具備した傾斜した周辺領域４３を具備することに留意されたい。
【００６３】
更には、それぞれのストッパ部材４１の下端は、第１ボード部材１０内に形成された個別の孔１５内に受け入れ及び配置されるべく設計された小さな突出部４６を含むことに留意されたい。この場合には、突出部４６を具備したストッパ部材４１の下端は、第１ボード部材１０に固定されるのではなく、ストッパ部材４０を適切に配置及びアライメントするべく孔１５内に単純に挿入される。又、突出部４６及び孔１５の間の相互作用は、第２ボードの横方向の回転（即ち、キャップ２を介したもの）によって、例えば、図１０に示されているように、ボードがストッパ部材４１と接触した際に、向上した安定性をストッパ部材４１に提供している。
【００６４】
図１６及び図１７に示された実施例の更なる詳細は、図１３及び図１４を参照して前述されてはいない光シールドコンポーネント３０の機能的な側面に関係している。この更なる機能的側面は、第１ボード１０上に取り付けられた３つのＰＳＩＤ２３の間の場所における光シールドコンポーネント３０の底面上の小さな小塊又は丸い突出部（図示されてはいない）の提供に関係している。これらの小塊又は丸い突出部は、キャップ２が光電装置１００に装着される前に、第２ボード２０がヘリカルスプリング要素６の付勢に抗して下方に押下された場合に、光シールドコンポーネント３０が不注意によってＰＳＩＤ２３と接触することを防止するためのストッパ要素として機能するべく設計されている。この観点においては、プレート様の接続部材４２が、通常、キャップ２と相互作用して第２ボードの下向きの運動範囲を制限していることが図１２から認識されよう。しかしながら、キャップ２が存在しない場合には、光シールドコンポーネント３０の底面上の小塊又は丸い突出部（図示されてはいない）が、キャップ２の装着の前の第２ボード２０の不注意による押下によって繊細なＰＳＩＤコンポーネント２３が損傷されないことを保証するべく、ＰＳＩＤ２３のレベルの上方におけるクリアランスを提供している。
【００６５】
ＰＳＩＤ２３は、通常、第１ボード１０に取り付けられ、且つ、これにハンダ付けされたワイヤ要素によって電気的に接続されており、ＩＬＥＤ１３のそれぞれは、通常、相応して、運動可能な第２ボード２０に取り付けられ、且つ、これにハンダ付けされたワイヤ要素によって電気的に接続される。光シールドコンポーネント３０は、上部リムが第２ボード２０内に提供されたマッチングする開口部２５と嵌め合わされてぴったりと受け入れられた後に第２ボード内の孔２６を貫通して孔３６内に係合する留めねじ９により、第２ボード２０に対して堅固に固定される。又、図１５に示されているように、ラグ又は突出部３９（例えば、リム３８上のもの）及びボード２０の開口部２５内における対応する凹部又は窪みの提供は、ボード２０との関連において光シールドコンポーネント３０を適切に配置すると共に、各部分の個々の向きが正しいことを保証するのに更に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】フォース／モーメントセンサとして実施された本発明の一実施例による光電子装置の分解斜視図を示している。
【図２】図１の光電子装置のアセンブルされた斜視図である。
【図３】図２の光電子装置の断面側面図である。
【図４】図１の光電子装置のコア部分のアセンブルされた斜視図を示している。
【図５】図１の光電子装置の各部分の分解上部斜視図を示している。
【図６】図１の光電子装置の各部分の分解下部斜視図を示している。
【図７】図１の光電子装置の光シールド及び第２ボード部材の底面図を示している。
【図８】図１の光電子装置の各部分の分解斜視図を示している。
【図９】図８に示された光電子装置の各部分のアセンブルされた斜視図を示している。
【図１０】第２ボード部材が第１ボード部材との関係において回転された際の図９の光電子装置の各部分の平面図を示している。
【図１１】第２ボード部材が第１ボード部材との関係において傾斜した際の図９の光電子装置の斜視図を示している。
【図１２】第２ボード部材が第１ボード部材との関係において傾斜した際の図９の光電子装置の概略側面図を示している。
【図１３】本発明の別の実施例による光電子装置の分解斜視図を示している。
【図１４】図１３の光電子装置のアセンブルされた斜視図である。
【図１５】図１３に示されたものに類似した光シールドの斜視図である。
【図１６】本発明の更なる実施例による光電子装置の分解斜視図を示している。
【図１７】図１６の光電子装置のアセンブルされた斜視図である。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年11月28日(2007.11.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）であって、それぞれが光電子装置の発光素子（１３）と検出器（２３）の間に光ビーム用の経路を形成する複数のチャネル（３１）を有する光シールド（３０）において、
前記光シールドは、それぞれの発光素子（１３）とそれぞれの検出器（２３）の間に個々の光経路チャネル（３１）を形成する複数の空洞を有するほぼ中空の構造を有し、かつ
前記チャネル（３１）の少なくとも２つは、前記発光素子（１３）からそれぞれの検出器（２３）に向かう、互いに収束する光経路を定義する、光シールド（３０）。
【請求項２】
請求項１に記載の光シールドであって、前記複数の光経路チャネル（３１）は、少なくとも２つの１つ又は複数のグループとして配列され、且つ、共通の検出器（２３）に向かって収束する別個の光経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項３】
第１物体（１０）との関係おける第２物体（２０）の位置又は運動を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）において、
前記光シールド（３０）は、前記第１の物体から前記第２の物体に向かう光ビーム径路を形成する複数のチャネル（３１）を定義する複数の空洞を有し、前記複数のチャネル（３１）は共に、前記光電子装置の前記第１及び第２物体（１０、２０）の間に光ビーム経路の非平面的な又は三次元のアレイを定義する、光シールド（３０）。
【請求項４】
請求項３に記載の光シールドであって、前記複数のチャネル（３１）は、前記チャネル（３１）によって定義された前記光経路が、前記第１及び第２物体間において、別個のプレーン内において、好ましくは、互いに交差するプレーン内において、延長するように、配列される光シールド（３０）。
【請求項５】
第１物体（１０）との関係における第２物体（２０）の位置又は運動を判定する光電子装置（１００）用の光シールド（３０）であって、前記第２物体（２０）は、実質的に平坦であり、且つ、前記第１物体（１０）との実質的に平行な離隔した関係において取り付けられる、光シールド（３０）において、
前記光シールド（３０）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）間に取り付けられるべく適合され、且つ、それぞれが前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）の間に延長するべく適合された光ビーム経路を形成する複数のチャネル（３１）を有する光シールド（３０）。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載の光シールドであって、前記チャネル（３１）は、前記光シールド（３０）の壁部分（３３、３４）によって形成され、この場合に、それぞれのチャネルは、それに沿って光が前記光電子装置の発光素子（１３）と検出器（２３）の間において導波又は誘導される空洞を定義するべく前記光経路を少なくとも部分的に取り囲む又は封入する光シールド（３０）。
【請求項７】
請求項６に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、前記光電子装置の発光素子（１３）を少なくとも部分的に封入又は収容するべく適合される光シールド（３０）。
【請求項８】
請求項６に記載の光シールドであって、前記チャネル（３１）を封入する前記壁部分（３３、３４）内に１つ又は複数のスリットダイアフラム（３２）を更に有する光シールド（３０）。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記装置のフレームのプレーンに対応する基準プレーン及び／又は前記第１物体（１０）のプレーンとの関係においてある角度で傾斜した光経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項１０】
請求項９に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記基準プレーンとの関係において、０°〜９０°の角度において、好ましくは、０°〜６０°の範囲の角度において、更に好ましくは、１０°〜３０°の範囲の角度において、傾斜した光ビーム経路を定義する光シールド（３０）。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、単一の又は一体型のコンポーネントとして形成される光シールド（３０）。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光電子装置（１００）のストッパ構成（４０）又は少なくとも１つのストッパ部材（４１）を受け入れるべく適合された空間又は空洞（３５）を更に有する光シールド（３０）。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光シールドであって、前記空間又は空洞（３５）を定義する前記光シールドの壁部分（３６）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０）の間の相対的な運動の限度において前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）と接触するべく適合される光シールド（３０）。
【請求項１４】
請求項１２に記載の光シールドであって、前記光経路チャネル（３１）は、前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）を受け入れる前記空間又は空洞（３５）の周りに配列される光シールド（３０）。
【請求項１５】
請求項１乃至１４の何れか１項に記載の光シールドであって、前記光シールド（３０）は、前記第１物体（１０）及び前記第２物体（２０）の中の１つに取り付けられるべく適合される光シールド（３０）。
【請求項１６】
２つの物体の相対的な運動又は相対的な位置を判定する光電子装置（１００）において、
前記装置のフレーム（１）との関係において固定された第１物体（１０）と、
前記第１物体（１０）との離隔した関係において取り付けられ、且つ、これとの関係における運動のために適合された第２物体（２０）と、
前記第１物体（１０）との関係における前記第２物体（２０）の運動又は変位を判定する複数の計測セルであって、それぞれの計測セルは、発光素子（１３）と、前記発光素子（１３）からの光を検出する検出器（２３）と、を有する、複数の計測セルと、
前記第１物体と前記第２物体の間に取り付けられた前項までの請求項中のいずれか１項記載の光シールド（３０）であって、この場合に、前記光シールド（３０）のそれぞれの光経路チャネル（３１）は、前記計測セルの中の１つの発光素子（１３）と検出器（２３）の間の距離の少なくとも一部にわたって延長する、光シールド（３０）と、
を有する光電子装置（１００）。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光電子装置であって、それぞれの計測セルは、前記位置感知検出器（２３）及び前記発光素子（１３）の間の前記光経路内に配列されたスリットダイアフラム（３２）を更に含み、この場合に、前記光シールド（３０）は、その側部又は壁部分（３３、３４）内に前記スリットダイアフラム（３２）を内蔵する光電子装置（１００）。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光電子装置であって、前記光シールド（３０）によって定義されたそれぞれの光経路チャネル（３１）は、発光素子（１３）及び関連するスリットダイアフラム（３２）の間に延長する光電子装置（１００）。
【請求項１９】
請求項１６乃至１８の何れか１項に記載の光電子装置であって、少なくとも１つの検出器（２３）を２つの別個の発光素子（１３）によって照射することにより、共通の検出器を有する２つの計測セルを形成し、この場合に、前記光シールド（３０）は、前記別個の発光素子（１３）と前記共通の位置感知検出器（２３）の間に延長する別個の光経路チャネル（３１）を定義する光電子装置（１００）。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光電子装置であって、前記共通の検出器（２３）を有する２つの計測セルのそれぞれは、前記対応する発光素子（１３）の前記ビーム経路内に配列された別個のスリットダイアフラム（３２）を具備し、前記別個のスリットダイアフラム（３２）は、前記光シールド（３０）の側部又は壁部分（３３、３４）内において、好ましくは、平行に、互いに隣接して配列される光電子装置（１００）。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光電子装置であって、複数の計測セルを形成するべく複数の発光素子（１３）によって照射されるそれぞれの検出器（２３）は、前記発光素子によって交互に（即ち、周期的に）照射される光電子装置（１００）。
【請求項２２】
請求項１６乃至２１の何れか１項に記載の光電子装置であって、前記第１物体（１０）との関係における前記第２物体（２０）の運動を制限するべく、ストッパ構成（４０）又は少なくとも１つのストッパ部材（４１）が前記光シールド（３０）の空間又は空洞（３５)内に受け入れる光電子装置（１００）。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光電子装置であって、前記空間又は空洞（３５）を定義する前記光シールド（３０）の壁部分（３６）は、前記第１物体（１０）と前記第２物体（２０)の間の相対的な運動の限度において前記ストッパ構成（４０）又は前記少なくとも１つのストッパ部材（４１）と接触するべく適合される光電子装置（１００）。
【請求項２４】
請求項２２に記載の光電子装置であって、前記光シールド（３０）内の前記光経路チャネル（３１）は、前記ストッパ構成（４０）又はストッパ部材（４１）を受け入れる前記空間又は空洞（３５）の周りに配列される光電子装置（１００）。
【請求項２５】
請求項１６乃至２４の何れか１項に記載の光電子装置（１００）を内蔵するフォース及び／又はモーメントセンサ。
【請求項２６】
請求項１６乃至２４の何れか１項に記載の光電子装置（１００）を内蔵するパーソナルコンピュータ用のキーボード。
【国際調査報告】
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