倾斜传感器的制作方法

专利名称：倾斜传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及倾斜传感器。
背景技术：
图9和图10示出了常规倾斜传感器的一个实例(参见日本特开第2007-139643 号)。所示倾斜传感器X包括基板91、外壳92、盖板93、一对光检测器94A和94B、发光元 件95以及滚动元件96 (图10中省略了盖板93)。该对光检测器94A、94B和发光元件95安 装在基板91的表面上，并且被封装在外壳92中。外壳92和盖板93形成了空心部或空间 92a。空心部92a所具有的形状允许来自发光元件95的光进入该空间，并且使得由外壳92 反射的光到达光检测器94A、94B。空心部92a含有滚动元件96。滚动元件96具有圆柱形 状，并且沿xy平面在空心部92a内自由滚动。基板91的下表面形成有例如用于将倾斜传 感器表面安装在电路板上的端子。 图10示出了滚动元件96在重力作用下重叠在发光元件95上的状态。在该状态 中，发光元件95所发出的光被滚动元件96挡住，从而被禁止到达光检测器94A、94B中的任 何一个。在倾斜传感器X从图10中所示的状态向左倾斜的情况下，滚动元件96变成重叠 在光检测器94A上。在该状态中，来自发光元件95的光仅到达光检测器94B。相反地，当倾 斜传感器X从图10中所示的状态向右倾斜时，滚动元件96变成重叠在光检测器94B上，在 该情况下，来自发光元件95的光仅到达光检测器94A。在例如将倾斜传感器X安装在电路 板上的情况下，通过监视来自该对光检测器94A、94B的光检测信号，可以检测电路板围绕 与其垂直的轴线的倾斜移动。采用这样的倾斜传感器X使得能够检测出例如由观察显示屏 幕的用户所设定的移动电话的垂直或水平取向，并且根据移动电话的取向改变显示屏幕上 的图像的取向。 如此设计的倾斜传感器X的用途在于，在倾斜传感器从图10中所示的状态围绕沿 z方向(参见图9)延伸的轴线旋转的情况下检测取向。因此，在倾斜传感器从图10中所示 的状态围绕沿x方向延伸的轴线旋转的情况下，难以用倾斜传感器X检测取向。为了将倾 斜传感器X用于更多不同目的，优选的情况是倾斜传感器X能够检测更多不同取向。

发明内容
本发明是在上述情况下提出的。因此，本发明的目的在于提供一种能够检测更多 不同取向的倾斜传感器。 本发明提供了一种倾斜传感器，其包括发光元件和多个光检测器；滚动元件；以 及空心部，其容纳滚动元件，以允许滚动元件在第一方向、不同于第一方向的第二方向以及 不同于第一和第二方向的第三方向上滚动，并且根据重力方向将滚动元件定位于检测位置 之一，该检测位置包括禁止来自发光元件的光到达任何一个光检测器的完全遮挡位置，以 及禁止来自发光元件的光到达至少一个但不是所有光检测器的多个部分遮挡位置，或者该 检测位置包括完全遮挡位置，多个部分遮挡位置，以及允许来自发光元件的光到达所有光检测器的非遮挡位置，其中，检测位置中的两个位置各自位于第一、第二和第三方向上的空 心部的各个端部。 如此配置的倾斜传感器允许检测取向，而不用考虑第一、第二和第三方向上的前 后方向上的哪一个与重力方向对齐。因此，这样的倾斜传感器可以检测更多不同取向。
优选地，空心部在完全遮挡位置与光发射口连通，来自发光元件的光通过该光发 射口发出，并且空心部在部分遮挡位置与光接收口连通，光通过该光接收口入射到光检测 器上。 优选地，空心部具有球形形状。该配置有利于滚动元件进行滚动。 优选地，空心部具有正八面体形状，其中光发射口和光接收口各自位于一顶点上。 优选地，第一、第二和第三方向彼此正交。 优选地，完全遮挡位置和部分遮挡位置位于第一方向上的空心部的各个端部。 优选地，完全遮挡位置和非遮挡位置位于第一方向上的空心部的各个端部。 优选地，滚动元件具有球形形状。该配置有利于滚动元件进行滚动。 通过以下参照附图给出的详细说明，本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见。


图1是示出根据本发明的第一实施例的倾斜传感器的透视图；
图2是沿图1中的II-II线截取的截面图；
图3是沿图1中的III-III线截取的截面图；
图4是用于说明根据本发明的倾斜传感器的使用的截面图；
图5是用于说明根据本发明的倾斜传感器的使用的另一截面图；
图6是用于说明根据本发明的倾斜传感器的使用的又一截面图；
图7是示出根据本发明的第二实施例的倾斜传感器的截面图；
图8是示出根据本发明的第二实施例的倾斜传感器的另一截面图；
图9是常规倾斜传感器的截面图；并且
图10是常规倾斜传感器的正视图。
具体实施例方式
下面将参照

本发明的实施例。 参照图1至6，将对本发明的第一实施例进行说明。 如图1中所示，第一实施例的倾斜传感器A1表面安装在例如电路板S上，用于检 测相对于垂直方向(即重力方向)的倾斜。在平面图中基本为方形的倾斜传感器A1具有 大约1. 5至3. 0mm见方的尺寸。如图2和图3中所示，倾斜传感器Al包括底基板1，侧 基板2a、2b、2c、2d，盖基板3，发光元件5，与发光元件5协作的光检测器6a-6d，特定轮廓 (contoured)树脂部件7，以及滚动元件8。方向x、y和z相互限定90度角(即，该三个方 向彼此垂直)。 参照图2，底基板1为矩形绝缘基板。底基板1沿yz平面延伸。底基板1由例如 玻璃环氧树脂(玻璃纤维增强环氧树脂)制成，并且设有布线图案(未示出)。布线图案由例如Cu-Ni-Au镀层制成。布线图案包括形成在底基板l的上、下表面上的部分，和用于电 连接上、下布线部分的通孔中的部分。发光元件5通过芯片接合(die-bonding)安装于形 成在底基板1的上表面上的布线部分上。形成在底基板1的下表面上的布线部分用作将倾 斜传感器Al表面安装在电路板S上的端子。 发光元件5是例如红外线发光二极管。在该实施例中，发光元件5的尺寸为大约 0.25mm见方。对于发光元件5，可以使用适于发射与红外线不同波长的光(例如可见光) 的二极管。 参照图2和图3，侧基板2a、2b、2c、2d为矩形绝缘基板。侧基板2a至2d相对于底 基板l保持直立。如图3中所示，侧基板2a和2c沿y方向彼此相对地延伸。侧基板2b和 2d沿z方向彼此相对地延伸。侧基板2a至2d由玻璃环氧树脂制成。侧基板2a至2d在x 方向上的各自的端部接合于底基板1的表面。如图3中所示，侧基板2a至2d中相邻的基 板彼此接合，从而在yz平面中观察时(换言之，在沿x方向观察时)构成框架。侧基板2a 至2d的内表面(图3中所示框架的内侧)设有布线图案(未示出)，该布线图案如设置在 底基板1上的布线图案那样，由例如Cu-Ni-Au镀层制成。 光检测器6a、6b、6c、6d分别通过芯片接合安装于形成在侧基板2a、 2b、 2c、 2d上的 布线图案上。光检测器6a、6c被布置成彼此相对。光检测器6b、6d被布置成彼此相对。光 检测器6a至6d是例如光电晶体管，其适于在接收红外线时产生光伏电能，从而引起电流流 动。各光检测器6a至6d的尺寸为大约0. 6mmX0. 4mm。 特定轮廓树脂部件7设置在底基板1上，并且被侧基板2a至2d包围。树脂部件 7由例如环氧树脂制成。树脂部件7形成有内部空心部74。由树脂部件7和底基板1限定 了容纳空间71。同样地，由树脂部件7和侧基板2a至2d分别限定了容纳空间72a至72d。
如图2中所示，容纳空间71容纳发光元件5。光发射口 76设置在容纳空间71与 空心部74之间。光发射口 76用作来自发光元件5的光发射到空心部74中所通过的路径。
如图3中所示，容纳空间72a至72d各自分别容纳光检测器6a至6d。在各容纳空 间72a-72d与空心部74之间，分别设有光接收口 77a-77d。光接收口 77a至77d用作光从 空心部74传播到光检测器6a至6d所通过的路径。 空心部74以如下方式容纳滚动元件8，使得滚动元件8能够(借助重力)自由移 动，以根据倾斜传感器A1的姿势来占据预定检测位置之一。该实施例中的空心部74基本 为球形，然而本发明不限于此。空心部74与光发射口 76连通，并且还与各个光接收口 77a 至77d连通。 随着倾斜传感器A1的姿势改变，滚动元件8在空心部74内移动。在给定的检测 位置，滚动元件8可挡住来自发光元件5的光，使得光不能到达光检测器6a至6d中选定的 一个或多个。滚动元件8具有例如直径为0. 7至0. 8mm的球形形状。滚动元件8由诸如不 锈钢或钨的具有较高密度的金属制成。 以如下方式执行由倾斜传感器Al进行的倾斜检测。 图2和图3示出了倾斜传感器A1的初始状态(或默认状态)。在图2(以及图4 至6)中，向下方向是滚动元件8被重力牵引的方向。在初始状态中，滚动元件8在空心部 74中位于光发射口 76之前，或者位于完全遮挡位置pl (检测位置之一 )，从而整体上关闭 口 76。空心部74被认为在完全遮挡位置pl与光发射口 76连接。
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当滚动元件8位于完全遮挡位置pl时，来自发光元件5的光被滚动元件8完全挡 住。相应地，光不能到达任何一个光检测器6a至6d。因此，当光检测器6a至6d中没有一 个提供光检测信号时，可以确定倾斜传感器Al保持在图2中所示的默认取向。
图4示出了倾斜传感器A1从图2中所示的取向围绕垂直于纸面(沿y方向)延 伸的轴线逆时针旋转了约90度的状态。该旋转使得滚动元件8在重力作用下朝向z方向 上的空心部74的一端移动。然后，滚动元件8来到光接收口77a之前的位置(部分遮挡位 置p2a ;检测位置之一 )，从而挡住口 77a。空心部74被认为在部分遮挡位置p2a与光接收 口 77a连接。 当滚动元件8位于部分遮挡位置p2a时，来自发光元件5的光不能到达光检测器 6a。另一方面，来自发光元件5的光可以到达其它光检测器6b、6c和6d。相应地，当只有光 检测器6b、6c和6d输出光检测信号时，可以确定滚动元件8位于部分遮挡位置p2a，且因此 倾斜传感器A1如图4中所示地取向。 图5示出了倾斜传感器A1从图2中所示的取向围绕垂直于纸面(沿y方向)延 伸的轴线顺时针旋转了约90度的状态。该旋转使得滚动元件8在重力作用下朝向z方向 上的空心部74的另一端移动。然后，滚动元件8来到光接收口77c之前的位置(部分遮挡 位置p2c ;检测位置之一 )，从而挡住光接收口 77c。如从图5所见，部分遮挡位置p2c和上 述部分遮挡位置p2a沿着在z方向上延伸的直线对齐(即，各个位置p2c和p2a的中心位 于在z方向上延伸的一条直线上)，且部分地相互重叠。空心部74在部分遮挡位置p2c与 光接收口 77c连接。 当滚动元件8位于部分遮挡位置p2c时，来自发光元件5的光不能到达光检测器 6c。另一方面，来自发光元件5的光可以到达其它光检测器6a、6b和6d。相应地，当只有光 检测器6a、6b和6d输出光检测信号时，可以确定滚动元件8位于部分遮挡位置p2c，且因此 倾斜传感器A1如图5中所示地取向。 图6示出了倾斜传感器A1从图2中所示的取向围绕垂直于纸面(沿y方向)延 伸的轴线旋转了约180度的状态。该旋转使得滚动元件8在重力作用下朝向x方向上的空 心部74的另一端移动。然后，滚动元件8到达与光发射口 76相对的位置(非遮挡位置p3 ; 检测位置之一 )。在该位置，滚动元件8不遮挡光发射口 76，也不遮挡光接收口 77a-77d中 的任何一个。如从图6所见，非遮挡位置p3和上述完全遮挡位置pl沿着在x方向上延伸 的直线对齐，且部分地相互重叠。 当滚动元件8位于非遮挡位置p3时，来自发光元件5的光通过光发射口 76发射 到空心部74中。然后，光分别通过光接收口 77a-77d到达所有光检测器6a-6d，而不被滚动 元件8遮挡。相应地，当所有光检测器6a-6d输出光检测信号时，可以确定滚动元件8位于 非遮挡位置p3，且因此倾斜传感器Al如图6中所示地取向。 尽管没有示出，倾斜传感器A1从图2和图3中所示的取向围绕沿z方向延伸的轴 线进行的旋转使得滚动部件8移动，以挡住光接收口 77b、77d。在图3中，滚动元件8的这 些位置被分别示为部分遮挡位置(检测位置)p2b和p2d。部分遮挡位置p2b位于y方向上 的空心部74的一端，并且部分遮挡位置p2d位于另一端。换言之，部分遮挡位置p2b和部 分遮挡位置p2d沿着在y方向上延伸的直线对齐，且部分地相互重叠。空心部74在部分遮 挡位置p2b与光接收口 77b连接，同时也在部分遮挡位置p2d与光接收口 77d连接。当滚动元件8位于部分遮挡位置p2b或p2d时，也可以上述相同的方式确定倾斜传感器Al的取 向。 通过上述配置，倾斜传感器A1在以下方面具有优势。 当倾斜传感器Al从图2中所示的取向开始，围绕沿y方向延伸的轴线倾斜或旋转 时，滚动元件8移动以占据完全遮挡位置pl、部分遮挡位置p2a和p2c以及非遮挡位置p3 中的一个位置。同样地，当倾斜传感器A1围绕沿z方向延伸的轴线倾斜或旋转时，滚动元 件8移动以占据完全遮挡位置pl、部分遮挡位置p2b和p2d以及非遮挡位置p3中的一个位 置。相应地，取决于六个检测位置中的哪一个位于最低处，倾斜传感器A1可以检测六个取 向(x、 y和z方向上各两个取向)。 滚动元件8具有球形形状。因此，滚动元件8可在空心部74中平稳地移动，并且 可以挡住光发射口 76和光接收口 77a-77d而不留间隙。 图7和图8示出了本发明的第二实施例。在这些附图中，用相同的标记表示与前 述实施例中的元件相同或相似的元件。除以下区别外，图7和图8分别与图2和图3 (第一 实施例)相对应。 图7是在xz平面中观察到的倾斜传感器A2的截面图。图8是在yz平面中观察 到的倾斜传感器A2的截面图。所示的倾斜传感器A2与第一实施例的倾斜传感器A1的不 同之处在于，空心部74是八面体形的，其中光发射口 76和光接收口 77a-77d各自位于一个 顶点上，并且，发光元件5与光检测器6a位置互换。相应地，容纳空间71与容纳空间72a 互换，光发射口 76与光接收口 77a互换，并且完全遮挡位置pl与部分遮挡位置p2a互换。
如图7和图8中所示，在空心部74中，完全遮挡位置pl和部分遮挡位置p2c沿着 在z方向上延伸的直线对齐，且部分地相互重叠。同样地，非遮挡位置p3和部分遮挡位置 p2a沿着在x方向上延伸的直线对齐，且部分地相互重叠。 根据第二实施例，由于空心部74是八面体形的，所以限定空心部74的内表面(换 言之，位于口 76、 口 77a、口 77b、口 77c和口 77d之间的内表面)基本上是平的。该配置 使得能够将滚动元件8稳定地放置在各检测位置上(即完全遮挡位置pl、部分遮挡位置 p2a-p2d以及非遮挡位置p3)，从而有助于准确的倾斜检测。 本发明的范围不限于前述实施例。根据本发明的倾斜传感器的各部分的具体结构 可以各种方式改变。在上述倾斜传感器Al和A2中，设置了非遮挡位置p3。作为替换，可以 部分遮挡位置来代替非遮挡位置P3，并且在该部分遮挡位置附近布置附加的光检测器。在 具有球形空心部74的倾斜传感器Al中，可以与第二实施例中相同的方式来布置发光元件 5和光检测器6a-6d。同样地，在具有八面体形空心部74的倾斜传感器A2中，可以与第一 实施例中相同的方式来布置发光元件5和光检测器6a-6d。 在前述实施例中，对于三个方向(x、 y和z)中的每一个以相同的数目分配六个检 测位置(完全遮挡位置pl、部分遮挡位置p2a-p2d、非遮挡位置p3)，并且以如下方式布置这 些检测位置，使得同一方向的两个检测位置在该方向上彼此对齐。作为替换，例如，非遮挡 位置p3和完全遮挡位置pl可以在x方向上不完全对齐，而是可以在沿x方向观察时彼此 偏移。发光元件5和光检测器6a至6d可以全部安装在底基板l上。另外，三个方向(对 应于上述的x、y和z方向)可以不相互垂直，而是可以预定角度倾斜。以这种方式，能够调 整倾斜传感器以检测一组不同的倾斜角。
上述倾斜传感器可配备在不同的产品中，以多种方式使用。当倾斜传感器配备在 手机、照相机、数码相框、PDA(个人数据助理)中时，倾斜传感器用于根据配备在这些产品 中的显示器的方向来旋转显示器图像。此外，当显示器与办公桌相对地将手机放置在办公 桌上时，倾斜传感器还用于关闭显示器(即，倾斜传感器用作倒置检测传感器)。
当倾斜传感器配备在游戏机、手机或PDA的控制器中时，倾斜传感器用于根据这 些产品的方向来玩游戏或者控制配备在这些产品中的显示器的亮度。 当倾斜传感器配备在电视机中时，倾斜传感器用于在电视机翻倒时关闭电源。同 样地，当倾斜传感器配备在类似紧凑型加热器或加热炉的家电设备中时，倾斜传感器用于 在这些设备翻倒的情况下关闭电源。
权利要求
一种倾斜传感器，包括用于发射检测光的发光元件；用于检测所述检测光的多个光检测器；以及滚动元件，其容纳在空心部中，并且能够在所述空心部内，在第一方向、不同于所述第一方向的第二方向以及不同于所述第一方向和所述第二方向两者的第三方向上移动，所述空心部设有六个检测位置，其中两个检测位置布置在所述第一方向上，两个检测位置布置在所述第二方向上，并且两个检测位置布置在所述第三方向上；其中所述六个检测位置包括完全遮挡位置和多个部分遮挡位置；并且当位于所述完全遮挡位置时，所述滚动元件禁止所述检测光到达任何一个所述光检测器，并且当位于所述部分遮挡位置中的一个位置时，所述滚动元件禁止所述检测光到达所述光检测器中与所述部分遮挡位置中的所述一个位置对应的一个光检测器，而允许所述检测光到达所述光检测器中其余的光检测器。
2. 如权利要求1所述的倾斜传感器，其中所述六个检测位置包括非遮挡位置，并且当 位于所述非遮挡位置时，所述滚动元件允许所述检测光到达任何一个所述光检测器。
3. 如权利要求l所述的倾斜传感器，还包括与所述空心部连通的光发射口 ；以及各自 与所述空心部连通的多个光接收口 ；其中所述光发射口被布置成允许所述检测光进入所述 空心部中，并且各所述光接收口被布置成允许所述检测光朝向对应的一个所述光检测器传 播。
4. 如权利要求3所述的倾斜传感器，其中所述空心部为球形。
5. 如权利要求3所述的倾斜传感器，其中所述空心部具有八面体形状，并且所述光发 射口和所述光接收口各自位于所述八面体形状的顶点上。
6. 如权利要求1所述的倾斜传感器，其中所述第一方向、所述第二方向和所述第三方 向相互垂直。
7. 如权利要求1所述的倾斜传感器，其中所述完全遮挡位置和所述部分遮挡位置中的 一个部分遮挡位置布置在所述第一方向上。
8. 如权利要求2所述的倾斜传感器，其中所述完全遮挡位置和所述非遮挡位置布置在 所述第一方向上。
9. 如权利要求1所述的倾斜传感器，其中所述滚动元件具有球形形状。
全文摘要
提供了一种能够检测更多不同取向的倾斜传感器。该倾斜传感器包括发光元件和多个光检测器；滚动元件；以及空心部，其容纳滚动元件，以允许滚动元件在所有x、y和z方向上滚动，并且根据重力方向将滚动元件定位于检测位置之一，该检测位置包括禁止来自发光元件的光到达任何一个光检测器的完全遮挡位置，禁止来自发光元件的光到达至少一个但不是所有光检测器的多个部分遮挡位置，以及允许来自发光元件的光到达所有光检测器的非遮挡位置，并且检测位置中的两个位置各自位于x、y和z方向上的空心部的各个端部。
文档编号G01C9/10GK101793513SQ20101010830
公开日2010年8月4日 申请日期2010年1月29日 优先权日2009年1月29日
发明者堀尾友春 申请人:罗姆股份有限公司