專利名稱：力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種力反饋裝置，尤其是涉及游戲或車(chē)輛等使用搖桿操作多軸控制的輸入界面，用以偵測(cè)搖桿位移的光柵結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
力反饋裝置(Force Feedback Device)主要利用搖桿操作多軸的位移,需要精確偵測(cè)搖桿的位移，才能正確控制物件到達(dá)定位。如圖1a及圖1b所示，圖1a為先前技術(shù)力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)的示意圖，圖1b為先前技術(shù)光柵結(jié)構(gòu)的位移信號(hào)的示意圖。先前技術(shù)力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)10，由搖桿(圖未示)連動(dòng)一光柵本體11，光柵本體11上形成序列間隔排列的透光部12及遮光部13，并在光柵本體11的兩側(cè)分別設(shè)置光源端14及接收端15，光源端14設(shè)一發(fā)光源16與接收端15設(shè)置的光感測(cè)器17相對(duì)向，發(fā)光源16投射光束至光柵本體11，經(jīng)光柵本體11的透光部12時(shí)，透光部12可讓光束穿過(guò)而光感測(cè)器17接收，形成開(kāi)信號(hào)。反之，發(fā)光源16投射光束至光柵本體11的遮光部13時(shí)，遮光部13不讓光束穿過(guò)，讓光感測(cè)器17無(wú)法接收，形成關(guān)信號(hào)。通過(guò)光柵本體11間隔遮蔽光感測(cè)器17形成的開(kāi)關(guān)信號(hào)及開(kāi)關(guān)次數(shù)，如圖1b所示，產(chǎn)生搖桿的位移信號(hào)，作為搖桿的移動(dòng)定位。然而，先前技術(shù)光柵本體11間隔排列的透光部12及遮光部13，在發(fā)光源16投射光束的位置，透光部12的透光寬度a與遮光部13的遮光寬度b相同。發(fā)光源16投射光束經(jīng)光柵本體11的透光部12，投射光束形成展開(kāi)角Θ，照射在接收端15形成增大的透光區(qū)18，再由相鄰?fù)腹獠刻摼€所示發(fā)光源16’的投射光束，可見(jiàn)接收端15的遮光區(qū)19受到兩邊透光區(qū)18的侵蝕，遮光區(qū)19的寬度B明顯小于透光區(qū)18的寬度A，如圖1b所示，導(dǎo)致光感測(cè)器17經(jīng)歷透光區(qū)18的開(kāi)信號(hào)長(zhǎng)于經(jīng)歷遮光區(qū)19的關(guān)信號(hào)，無(wú)法讓光感測(cè)器17的開(kāi)、關(guān)信號(hào)期間維持相同的搖桿位移，造成偵測(cè)搖桿位移的誤差，不能正確控制物件到達(dá)定位。因此，力反饋裝置在光柵結(jié)構(gòu)上，仍有問(wèn)題亟待解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，通過(guò)將光柵本體遠(yuǎn)離光源端及調(diào)整透光部與遮光部的寬度，以減少偵測(cè)搖桿位移的誤差。本發(fā)明的另一目的在于提供一種力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，利用設(shè)置光柵本體離光源端的光柵距離，依比例調(diào)整遮光部與透光部的寬度，維持透光區(qū)與遮光區(qū)的寬度相同，以提聞偵測(cè)搖桿的精確度。為了達(dá)到前述發(fā)明的目的，本發(fā)明力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，由力反饋裝置的搖桿帶動(dòng)至少一方向的軸桿件，經(jīng)由齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)光柵結(jié)構(gòu)，光柵結(jié)構(gòu)的光柵本體形成序列間隔排列的透光部及遮光部，透光部具有透光寬度，遮光部具有遮光寬度。感測(cè)單元一端為光源端，另一端為接收端，光源端與接收端相隔一感測(cè)距離，且分別位在光柵本體的兩側(cè)，光源端距離光柵本體一光柵距離L，光源端設(shè)發(fā)光源投射光束，相對(duì)向在接收端設(shè)置的光感測(cè)器接收該投射光束。發(fā)光源投射光束至光柵本體，穿過(guò)透光部至接收端形成透光區(qū)，而遮光部不讓投射光束穿過(guò)，在接收端形成遮光區(qū)，由調(diào)整增加光柵距離，使光柵本體靠向接收端，且調(diào)整增加遮光寬度大于透光寬度，使遮光區(qū)的寬度相等于透光區(qū)的寬度。本發(fā)明力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)要求遮光區(qū)的寬度相等于透光區(qū)的寬度，則發(fā)光源的光源寬度C、感測(cè)距離K、光柵距離L、遮光寬度b及透光寬度a，具有下式關(guān)系:b = a [ (2K/L) _1] _2c [ (Κ/L) _1]。本發(fā)明實(shí)施例為防止過(guò)度縮小透光寬度a，將透光寬度a設(shè)為光源寬度c的2倍，且將光柵本體移至光柵距離L等于4/5感測(cè)距離K的位置，讓光柵本體接近接收端，又保持安全距離，遮光寬度b與透光寬度a的比例等于5/4，讓光感測(cè)器轉(zhuǎn)換的開(kāi)關(guān)信號(hào)，維持相同長(zhǎng)度。


圖1a及圖1b為先前技術(shù)力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)及其位移信號(hào)的示意圖；圖2為本發(fā)明力反饋裝置的立體圖；圖3為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)的立體圖；圖4為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；圖5為本發(fā)明決定光柵本體位置的示意圖；圖6為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的示意圖；圖7為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)的位移信號(hào)的示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明20力反饋裝置21 搖桿22軸桿件23齒輪組24 馬達(dá)25光柵結(jié)構(gòu)26光柵本體27感測(cè)單元28透光部29遮光部30光源端31接收端32發(fā)光源33光感測(cè)器34透光區(qū)35遮光區(qū)
具體實(shí)施例方式有關(guān)本發(fā)明為達(dá)成上述目的，所采用的技術(shù)手段及其功效，茲舉較佳實(shí)施例，并配合附圖加以說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖2、圖3及圖4，圖2為本發(fā)明的力反饋裝置20的立體圖，圖3為本發(fā)明力反饋裝置20的光柵結(jié)構(gòu)立體圖，圖4為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖。本發(fā)明力反饋裝置20主要利用擺動(dòng)搖桿21，帶動(dòng)至少一方向的軸桿件22，例如X及Y軸，軸桿件22經(jīng)由齒輪組23分別連結(jié)至馬達(dá)24及轉(zhuǎn)動(dòng)光柵結(jié)構(gòu)25。光柵結(jié)構(gòu)25包含光柵本體26與感測(cè)單元27。光柵本體26上形成序列間隔排列的透光部28及遮光部29，透光部28具有透光寬度a可讓光束穿過(guò)，而遮光部29具有遮光寬度b不讓光束穿過(guò)。感測(cè)單元27 —端為光源端30，另一端為接收端31，光源端30與接收端31相隔一感測(cè)距離K，且分別位在光柵本體26的兩側(cè)，光源端距離光柵本體一光柵距離L。光源端30設(shè)發(fā)光源32與接收端31設(shè)置的光感測(cè)器33相對(duì)向，且發(fā)光源32投射光束可由光感測(cè)器33接收。當(dāng)搖桿21連動(dòng)光柵本體26轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，發(fā)光源32投射光束至光柵本體26，碰到光柵本體26的透光部28，透光部28讓光束穿過(guò)至接收端31，形成透光區(qū)34，經(jīng)光感測(cè)器33接收光束轉(zhuǎn)換成開(kāi)信號(hào)。反之，發(fā)光源32投射光束碰到光柵本體26的遮光部29時(shí)，遮光部29不讓光束穿過(guò)，在接收端31形成遮光區(qū)35，讓光感測(cè)器33無(wú)法接收光束，轉(zhuǎn)換成關(guān)信號(hào)。通過(guò)光柵本體26間隔遮蔽光束至光感測(cè)器33轉(zhuǎn)換成的開(kāi)、關(guān)信號(hào)及開(kāi)關(guān)次數(shù)，產(chǎn)生搖桿的位移信號(hào)，作為搖桿的移動(dòng)定位。再根據(jù)搖桿的定位，由馬達(dá)24產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的動(dòng)力反饋至搖桿21。請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D4，本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)25為了減少透光區(qū)34侵蝕相鄰的遮光區(qū)35，首先在不變透光部28的透光寬度a下，增加光柵本體26至光源端30的光柵距離L，也就是將光柵本體26移離光源端30至虛線所示的光柵本體26’，使發(fā)光源32投射光束經(jīng)透光部28的展開(kāi)角Θ縮小至展開(kāi)角Θ ’，即可縮減投射在接收端31透光區(qū)34的寬度A至寬度A’。如僅移動(dòng)光柵本體26，需極靠近接收端31，才不會(huì)增加透光區(qū)34的寬度A，避免影響遮光區(qū)35的寬度B。但光柵本體26貼近接收端31轉(zhuǎn)動(dòng)，極易造成光柵本體26碰損光感測(cè)器33。因此，本發(fā)明另外配合增加遮光部29的遮光寬度b，使遮光區(qū)35的寬度B增加。通過(guò)同時(shí)調(diào)整增加光柵本體26至光源端30的光柵距離L，靠向接收端31及調(diào)整增加遮光部29的遮光寬度b，大于透光部28的透光寬度a，讓遮光區(qū)35的寬度B相等于接收端31透光區(qū)34的寬度A，以減少搖桿21的位移信號(hào)誤差。如圖5所示，為本發(fā)明決定光柵本體位置的示意圖。發(fā)光源32雖然小到一般以點(diǎn)光源表示，但相對(duì)透光部28的透光寬度a，并不容忽視，因此本發(fā)明將發(fā)光源32設(shè)為有光源寬度C。當(dāng)發(fā)光源32投射光束經(jīng)透光部28展開(kāi)角Θ，發(fā)光源32 —邊緣的延伸線M，與展開(kāi)角Θ邊緣的夾角為a。而遮光部29邊緣的延伸線N與展開(kāi)角Θ邊緣延伸至接收端31形成侵蝕區(qū)P，因遮光部29邊緣的延伸線N平行發(fā)光源32邊緣的延伸線M，延伸線N與展開(kāi)角Θ邊緣也形成夾角為α，因此，得到:P/ (K-L) = [(a-c)/2]/L (I)因P = (b_B)/2，代入式(I)整理后，得到:b~B = (a_c) [ (K/L)-1] (2)且因透光區(qū)34的寬度A與透光部28的透光寬度a的關(guān)系為[(A_c)/2] / [ (a_c)/2]=Κ/L整理后，得到:A = [K (a~c) /L] +c (3)
又因要求接收端31透光區(qū)34的寬度A與遮光區(qū)35的寬度B相等，即B = A，代入式⑶整理后，得到:B = [K (a-c) /L] +c (4)再將式(4)代入式(2)整理后，得到下式:b = a [ (2K/L) -1] _2c [ (K/L) -1] (5)由于感測(cè)單元的光源端30及接收端31相隔的感測(cè)距離K，以及發(fā)光源32的光源寬度c, 一般為固定值,式(5)顯不透光部28的透光寬度a、遮光部29的遮光寬度b及光柵距離L具有一定關(guān)系，才能維持接收端31透光區(qū)34的寬度A與遮光區(qū)35的寬度B相等。如圖6及圖7所示，圖6為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)設(shè)置位置的實(shí)施例示意圖，圖7為本發(fā)明光柵結(jié)構(gòu)實(shí)施例的位移信號(hào)的示意圖。以實(shí)施說(shuō)明式(5)的應(yīng)用，本發(fā)明的實(shí)施例將光柵本體26移至光柵距離L等于4/5感測(cè)距離K的位置，讓光柵本體26較接近接收端31，但又可保持安全距離。另為防止過(guò)度縮小透光部28的透光寬度a，無(wú)法讓充足的光束通過(guò)，避免影響光感測(cè)器33偵測(cè)，將透光部28的透光寬度a設(shè)為發(fā)光源32的光源寬度c的2倍，即c = a/2。將前述條件代入式(5)，就能獲得b/a = 5/4。在發(fā)光源32的光源寬度c確定下，就可獲得透光部28的透光寬度a = 2c，及遮光部29的遮光寬度b = (5/2) C。使接收端31透光區(qū)34的寬度A與遮光區(qū)35的寬度B相等，如圖7所示，以確保光感測(cè)器33的開(kāi)、關(guān)信號(hào)維持相同長(zhǎng)度。因此，本發(fā)明力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，即可通過(guò)將光柵本體遠(yuǎn)離光源端一光柵距離，設(shè)置光柵本體靠近接收端，以及依公式比例調(diào)整遮光部與透光部的寬度，維持接收端的透光區(qū)與遮光區(qū)的寬度相同，減少偵測(cè)搖桿位移信號(hào)的誤差，達(dá)到提高搖桿控制的精確度的發(fā)明目的。以上所述的僅為用以方便說(shuō)明本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于該等較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，在不脫離本發(fā)明的精神下，皆屬本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，由力反饋裝置的搖桿帶動(dòng)至少一方向的軸桿件，經(jīng)由齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)該光柵結(jié)構(gòu)，該光柵結(jié)構(gòu)包含: 光柵本體，形成序列間隔排列的透光部及遮光部，透光部具有透光寬度a，遮光部具有遮光寬度b ;以及 感測(cè)單元，一端為光源端，另一端為接收端，光源端與接收端相隔一感測(cè)距離K，且分別位在光柵本體的兩側(cè)，光源端距離光柵本體一光柵距離L，光源端設(shè)發(fā)光源投射光束，相對(duì)向在接收端設(shè)置的光感測(cè)器接收該投射光束； 其中，發(fā)光源投射光束至光柵本體，穿過(guò)透光部至接收端形成透光區(qū)，而遮光部不讓投射光束穿過(guò)，在接收端形成遮光區(qū)，由調(diào)整增加光柵距離L，使光柵本體靠向接收端，且調(diào)整增加遮光寬度b大于透光寬度a，使遮光區(qū)的寬度相等于透光區(qū)的寬度。
2.如權(quán)利要求1所述的力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光源投射光束在透光區(qū)，經(jīng)光感測(cè)器接收轉(zhuǎn)換成開(kāi)信號(hào)，在遮光區(qū)光感測(cè)器無(wú)法接收，轉(zhuǎn)換成關(guān)信號(hào)，讓開(kāi)關(guān)信號(hào)維持相同長(zhǎng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其中該發(fā)光源具有光源寬度C，與感測(cè)距離K、光柵距離L、遮光寬度b及透光寬度a，具有下式關(guān)系:b = a[ (2K/L)-1]-2c[(K/L)-1]。
4.如權(quán)利要求3所述的力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其中該透光寬度a為防止過(guò)度縮小，將透光覽度a設(shè)為光源覽度c的2倍。
5.如權(quán)利要求4所述的力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其中該光柵本體移至光柵距離L等于4/5感測(cè)距離K的位置，讓光柵本體接近接收端，以保持安全距離。
6.如權(quán)利要求4所述 的力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其中該光柵本體移至光柵距離L等于4/5感測(cè)距離K的位置，遮光寬度b與透光寬度a的比例等于5/4。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種力反饋裝置的光柵結(jié)構(gòu)，其發(fā)光源投射光束至光柵本體，穿過(guò)透光部至接收端形成透光區(qū)，而遮光部不讓投射光束穿過(guò)，在接收端形成遮光區(qū)。由調(diào)整增加光柵距離，使光柵本體靠向接收端，且調(diào)整增加遮光寬度大于透光寬度，使遮光區(qū)的寬度相等于透光區(qū)的寬度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK103185547SQ20111045394
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者徐建輝, 張友銘, 吳仁琛 申請(qǐng)人:廣明光電股份有限公司