专利名称：力反馈装置的光栅结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种力反馈装置，尤其是涉及游戏或车辆等使用摇杆操作多轴控制的输入界面，用以侦测摇杆位移的光栅结构。
背景技术：
力反馈装置(Force Feedback Device)主要利用摇杆操作多轴的位移,需要精确侦测摇杆的位移，才能正确控制物件到达定位。如图1a及图1b所示，图1a为先前技术力反馈装置的光栅结构的示意图，图1b为先前技术光栅结构的位移信号的示意图。先前技术力反馈装置的光栅结构10，由摇杆(图未示)连动一光栅本体11，光栅本体11上形成序列间隔排列的透光部12及遮光部13，并在光栅本体11的两侧分别设置光源端14及接收端15，光源端14设一发光源16与接收端15设置的光感测器17相对向，发光源16投射光束至光栅本体11，经光栅本体11的透光部12时，透光部12可让光束穿过而光感测器17接收，形成开信号。反之，发光源16投射光束至光栅本体11的遮光部13时，遮光部13不让光束穿过，让光感测器17无法接收，形成关信号。通过光栅本体11间隔遮蔽光感测器17形成的开关信号及开关次数，如图1b所示，产生摇杆的位移信号，作为摇杆的移动定位。然而，先前技术光栅本体11间隔排列的透光部12及遮光部13，在发光源16投射光束的位置，透光部12的透光宽度a与遮光部13的遮光宽度b相同。发光源16投射光束经光栅本体11的透光部12，投射光束形成展开角Θ，照射在接收端15形成增大的透光区18，再由相邻透光部虚线所示发光源16’的投射光束，可见接收端15的遮光区19受到两边透光区18的侵蚀，遮光区19的宽度B明显小于透光区18的宽度A，如图1b所示，导致光感测器17经历透光区18的开信号长于经历遮光区19的关信号，无法让光感测器17的开、关信号期间维持相同的摇杆位移，造成侦测摇杆位移的误差，不能正确控制物件到达定位。因此，力反馈装置在光栅结构上，仍有问题亟待解决。

发明内容
本发明的目的在于提供一种力反馈装置的光栅结构，通过将光栅本体远离光源端及调整透光部与遮光部的宽度，以减少侦测摇杆位移的误差。本发明的另一目的在于提供一种力反馈装置的光栅结构，利用设置光栅本体离光源端的光栅距离，依比例调整遮光部与透光部的宽度，维持透光区与遮光区的宽度相同，以提闻侦测摇杆的精确度。为了达到前述发明的目的，本发明力反馈装置的光栅结构，由力反馈装置的摇杆带动至少一方向的轴杆件，经由齿轮组转动光栅结构，光栅结构的光栅本体形成序列间隔排列的透光部及遮光部，透光部具有透光宽度，遮光部具有遮光宽度。感测单元一端为光源端，另一端为接收端，光源端与接收端相隔一感测距离，且分别位在光栅本体的两侧，光源端距离光栅本体一光栅距离L，光源端设发光源投射光束，相对向在接收端设置的光感测器接收该投射光束。发光源投射光束至光栅本体，穿过透光部至接收端形成透光区，而遮光部不让投射光束穿过，在接收端形成遮光区，由调整增加光栅距离，使光栅本体靠向接收端，且调整增加遮光宽度大于透光宽度，使遮光区的宽度相等于透光区的宽度。本发明力反馈装置的光栅结构要求遮光区的宽度相等于透光区的宽度，则发光源的光源宽度C、感测距离K、光栅距离L、遮光宽度b及透光宽度a，具有下式关系:b = a [ (2K/L) _1] _2c [ (Κ/L) _1]。本发明实施例为防止过度缩小透光宽度a，将透光宽度a设为光源宽度c的2倍，且将光栅本体移至光栅距离L等于4/5感测距离K的位置，让光栅本体接近接收端，又保持安全距离，遮光宽度b与透光宽度a的比例等于5/4，让光感测器转换的开关信号，维持相同长度。


图1a及图1b为先前技术力反馈装置的光栅结构及其位移信号的示意图；图2为本发明力反馈装置的立体图；图3为本发明光栅结构的立体图；图4为本发明光栅结构的局部剖面示意图；图5为本发明决定光栅本体位置的示意图；图6为本发明光栅结构设置位置的示意图；图7为本发明光栅结构的位移信号的示意图。主要元件符号说明20力反馈装置21 摇杆22轴杆件23齿轮组24 马达25光栅结构26光栅本体27感测单元28透光部29遮光部30光源端31接收端32发光源33光感测器34透光区35遮光区
具体实施例方式有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，兹举较佳实施例，并配合附图加以说明如下。请参阅图2、图3及图4，图2为本发明的力反馈装置20的立体图，图3为本发明力反馈装置20的光栅结构立体图，图4为本发明光栅结构的局部剖面示意图。本发明力反馈装置20主要利用摆动摇杆21，带动至少一方向的轴杆件22，例如X及Y轴，轴杆件22经由齿轮组23分别连结至马达24及转动光栅结构25。光栅结构25包含光栅本体26与感测单元27。光栅本体26上形成序列间隔排列的透光部28及遮光部29，透光部28具有透光宽度a可让光束穿过，而遮光部29具有遮光宽度b不让光束穿过。感测单元27 —端为光源端30，另一端为接收端31，光源端30与接收端31相隔一感测距离K，且分别位在光栅本体26的两侧，光源端距离光栅本体一光栅距离L。光源端30设发光源32与接收端31设置的光感测器33相对向，且发光源32投射光束可由光感测器33接收。当摇杆21连动光栅本体26转动时，发光源32投射光束至光栅本体26，碰到光栅本体26的透光部28，透光部28让光束穿过至接收端31，形成透光区34，经光感测器33接收光束转换成开信号。反之，发光源32投射光束碰到光栅本体26的遮光部29时，遮光部29不让光束穿过，在接收端31形成遮光区35，让光感测器33无法接收光束，转换成关信号。通过光栅本体26间隔遮蔽光束至光感测器33转换成的开、关信号及开关次数，产生摇杆的位移信号，作为摇杆的移动定位。再根据摇杆的定位，由马达24产生对应的动力反馈至摇杆21。请再参阅图4，本发明光栅结构25为了减少透光区34侵蚀相邻的遮光区35，首先在不变透光部28的透光宽度a下，增加光栅本体26至光源端30的光栅距离L，也就是将光栅本体26移离光源端30至虚线所示的光栅本体26’，使发光源32投射光束经透光部28的展开角Θ缩小至展开角Θ ’，即可缩减投射在接收端31透光区34的宽度A至宽度A’。如仅移动光栅本体26，需极靠近接收端31，才不会增加透光区34的宽度A，避免影响遮光区35的宽度B。但光栅本体26贴近接收端31转动，极易造成光栅本体26碰损光感测器33。因此，本发明另外配合增加遮光部29的遮光宽度b，使遮光区35的宽度B增加。通过同时调整增加光栅本体26至光源端30的光栅距离L，靠向接收端31及调整增加遮光部29的遮光宽度b，大于透光部28的透光宽度a，让遮光区35的宽度B相等于接收端31透光区34的宽度A，以减少摇杆21的位移信号误差。如图5所示，为本发明决定光栅本体位置的示意图。发光源32虽然小到一般以点光源表示，但相对透光部28的透光宽度a，并不容忽视，因此本发明将发光源32设为有光源宽度C。当发光源32投射光束经透光部28展开角Θ，发光源32 —边缘的延伸线M，与展开角Θ边缘的夹角为a。而遮光部29边缘的延伸线N与展开角Θ边缘延伸至接收端31形成侵蚀区P，因遮光部29边缘的延伸线N平行发光源32边缘的延伸线M，延伸线N与展开角Θ边缘也形成夹角为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)且因透光区34的宽度A与透光部28的透光宽度a的关系为[(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透光区34的宽度A与遮光区35的宽度B相等，即B = A，代入式⑶整理后，得到:B = [K (a-c) /L] +c (4)再将式(4)代入式(2)整理后，得到下式:b = a [ (2K/L) -1] _2c [ (K/L) -1] (5)由于感测单元的光源端30及接收端31相隔的感测距离K，以及发光源32的光源宽度c, 一般为固定值,式(5)显不透光部28的透光宽度a、遮光部29的遮光宽度b及光栅距离L具有一定关系，才能维持接收端31透光区34的宽度A与遮光区35的宽度B相等。如图6及图7所示，图6为本发明光栅结构设置位置的实施例示意图，图7为本发明光栅结构实施例的位移信号的示意图。以实施说明式(5)的应用，本发明的实施例将光栅本体26移至光栅距离L等于4/5感测距离K的位置，让光栅本体26较接近接收端31，但又可保持安全距离。另为防止过度缩小透光部28的透光宽度a，无法让充足的光束通过，避免影响光感测器33侦测，将透光部28的透光宽度a设为发光源32的光源宽度c的2倍，即c = a/2。将前述条件代入式(5)，就能获得b/a = 5/4。在发光源32的光源宽度c确定下，就可获得透光部28的透光宽度a = 2c，及遮光部29的遮光宽度b = (5/2) C。使接收端31透光区34的宽度A与遮光区35的宽度B相等，如图7所示，以确保光感测器33的开、关信号维持相同长度。因此，本发明力反馈装置的光栅结构，即可通过将光栅本体远离光源端一光栅距离，设置光栅本体靠近接收端，以及依公式比例调整遮光部与透光部的宽度，维持接收端的透光区与遮光区的宽度相同，减少侦测摇杆位移信号的误差，达到提高摇杆控制的精确度的发明目的。以上所述的仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于该等较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，皆属本发明权利要求的范围。
权利要求
1.一种力反馈装置的光栅结构，由力反馈装置的摇杆带动至少一方向的轴杆件，经由齿轮组转动该光栅结构，该光栅结构包含: 光栅本体，形成序列间隔排列的透光部及遮光部，透光部具有透光宽度a，遮光部具有遮光宽度b ;以及 感测单元，一端为光源端，另一端为接收端，光源端与接收端相隔一感测距离K，且分别位在光栅本体的两侧，光源端距离光栅本体一光栅距离L，光源端设发光源投射光束，相对向在接收端设置的光感测器接收该投射光束； 其中，发光源投射光束至光栅本体，穿过透光部至接收端形成透光区，而遮光部不让投射光束穿过，在接收端形成遮光区，由调整增加光栅距离L，使光栅本体靠向接收端，且调整增加遮光宽度b大于透光宽度a，使遮光区的宽度相等于透光区的宽度。
2.如权利要求1所述的力反馈装置的光栅结构，其中该发光源投射光束在透光区，经光感测器接收转换成开信号，在遮光区光感测器无法接收，转换成关信号，让开关信号维持相同长度。
3.如权利要求1所述的力反馈装置的光栅结构，其中该发光源具有光源宽度C，与感测距离K、光栅距离L、遮光宽度b及透光宽度a，具有下式关系:b = a[ (2K/L)-1]-2c[(K/L)-1]。
4.如权利要求3所述的力反馈装置的光栅结构，其中该透光宽度a为防止过度缩小，将透光览度a设为光源览度c的2倍。
5.如权利要求4所述的力反馈装置的光栅结构，其中该光栅本体移至光栅距离L等于4/5感测距离K的位置，让光栅本体接近接收端，以保持安全距离。
6.如权利要求4所述 的力反馈装置的光栅结构，其中该光栅本体移至光栅距离L等于4/5感测距离K的位置，遮光宽度b与透光宽度a的比例等于5/4。
全文摘要
本发明公开一种力反馈装置的光栅结构，其发光源投射光束至光栅本体，穿过透光部至接收端形成透光区，而遮光部不让投射光束穿过，在接收端形成遮光区。由调整增加光栅距离，使光栅本体靠向接收端，且调整增加遮光宽度大于透光宽度，使遮光区的宽度相等于透光区的宽度。
文档编号G01B11/02GK103185547SQ20111045394
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月30日 优先权日2011年12月30日
发明者徐建辉, 张友铭, 吴仁琛 申请人:广明光电股份有限公司