JP2008506131A - 動きレート・センサ - Google Patents

Abstract

ハウジングに対して使用状態で物品が移動する当該ハウジング、ハウジング内に配置された検知ユニットであって、検知ユニットが、物品の動きによって発生される検知信号を生成するようにされた変換装置、及び、検知信号を受信し、物品の移動のレートを示す動き信号を出力するようにされた処理回路を含む、検知ユニットを備える、物品の移動のレートを検知するための動きレート・センサ。実施例において、検知信号は、光学的又は光エネルギー、磁開、又は、放射強度、の変動によって発生される。この変動は、物品の表面上の変動、例えば、ランダムな又は反復的なパターンによって発生され得る。センサを校正するための装置及び方法もまた、を用いた、物品の動きの速度を決定するためのシステム及び方法として開示される。

Description

本発明は、電気機械的な装置に関連し、特に、動きレート・センサに関連する。

装置の種々のフォームにおける、そして、種々の産業における、構成要素（components）の動きのレート（rate of movement）を測定するための技術が長いこと知られていた。例えば、（蓄音器装置のターンテーブル、そして、自動車エンジンの回転するパーツ、及び、他の回転する機械のような）回転する構成要素の速度を測定するための光学技術は、旨く確立されている。また、構成要素の並進的、又は線形的な動きは、種々のゲージ及びセンサ要素又はスイッチを用いて測定され得る。更に、コンピュータ・マウスの位置を示すデータを得るための装置を用いることが知られている。

大きな正確性で、線形の（linear）、細長い物品の軸の周りの動作の、（比較的遅い可能性のある）レートを測定することが所望されるとき、特に、物品が、比較的デリケート又は壊れ易いケーブル又は竿であるときに、困難性が発生する。そのような問題は、例えば、それが、医療的な実施物（implement）のレートであるとき、又は、それが付着されているケーブルの動作のレートであり、当該レートが正確に監視／制御されるべきときに、発生する。

本発明は、上述の問題を克服し、改善された動作レート・センサを提供することを探求する。

本発明は、
ハウジングであって、当該ハウジングに対して物品が動くハウジング、
前記ハウジング内に配置された検知ユニットであって、当該検知ユニットが、物品の動作によって発生される検知信号を生成するようにされた変換装置を含むものであり、及び、
前記検知信号を受信し、物品の動作のレートを示す動作信号を出力するようにされた処理回路、
を備える、物品の動作のレートを検知するための動作センサを提供する。

好ましくは、ハウジングは、当該ハウジングに対する物品の動作を可能とする、少なくとも１つの開口を含む。

好ましくは、ハウジングは、構成であって、当該構成によって、使用状態においてハウジング内の、又は、その近傍の物品の動作が実質的に線形である、構成を持つ。

好ましくは、前記少なくとも１つの開口は、入口開口であって、当該入口開口を通じて、使用状態において物品がハウジングに入る入口開口、及び、出口開口であって、当該出口開口を通じて、使用状態において物品がハウジングを脱出する、出口開口、を含み、物品は、使用状態において、好ましくは、当該入口開口と出口開口の間で、実質的に線形の経路を移動するものである。

好ましくは、前記変換装置は、物品からの放射を受信し、受信された放射に依存して検知信号を生成するようにされた、少なくとも１つの放射検知器（radiation detector）を備える。

好ましくは、放射は光学的放射であり、検知ユニットは、更に、光学的放射を放出（emitting）するための光学的放出器（emitter）を含み、放射検知器は、物品からの反射の後に、前記光学的放射を受信するように配置される。好ましくは、光学的放出器は、ＬＥＤであり、好ましくは、当該光学的放出器及び放射検知器は、統合的な素子（integral device）を備える。

上述の実施例において、旨く適したやりかたで、物品は、その表面上に、その長さに沿った反復的パターンで配置された、複数のマーキング又は反射的要素（reflective elements）を持つ。

或いは、他の実施例において、放射検知器は、低レベル放射能の検知器を備え、物品は、その中に又はその上に、その長さに沿った反復的パターンで配置された複数の放射能要素（radioactive elements）を持つ。

更なる代替的な実施例において、変換ユニットは、磁気検知器を含み、物品は、その中に又はその上に、その長さに沿った反復的パターンで配置された複数の時期的要素を持ち、磁気的検知器は、物品が、使用状態で、磁気的検知器を通過して移動するときに、前記検知信号を生成するようにされる。

更に他の代替的実施例において、変換ユニットは、物品に接触し、使用状態においてそれによって回転するようにされた、１つあるいはそれより多いホイール又はボールのような、１つあるいはそれより多い回転可能な部材、及び、前記回転可能な部材（１つあるいはそれより多い）の回転のレートに依存して前記検知信号を生成するようにされた電気機械的な装置を含む。

本発明の他の特徴によると、請求項１ないし１１のいずれかのセンサを校正するための装置であって、
スライドに沿った線形的な移動のために載置されたランナ（runner）であって、当該ランナが、物品を、当該ランナに固定的に付着するための装置を含むものであり、
前記ランナにカップルされたモータ、
使用状態で、一定の速度で、前記スライドに沿って、前記ランナを駆動するために前記モータを制御するようにされたコントローラ、及び、
使用状態で、前記スライドに沿った一定の速度での前記ランナの移動中に、センサによる信号出力を測定するようにされた測定装置、
を備える装置が提供される。

好ましくは、測定装置は、カウント信号を測定するようにされ、当該カウント信号（count signals）は、校正オペレーションの開始におけるカウント、及び、校正オペレーションの終了におけるカウントを含む。

好ましくは、測定装置は、
Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶ
を用いて、（単位長当たりのカウント、例えば、インチ当たりのカウント、における）校正値Ｋを計算するようにされる。
ここで、Ｃｃは、校正オペレーションの開始におけるカウントと、校正オペレーションの終了におけるカウントの間の差であり、
Ｔは、センサの連続的ポーリング（polls）の間のポーリング・インターバル（polling interval）（秒）であり、
ｎ_Cは、スライドに沿った、ランナの前記移動（travel）中のポーリング・インターバルの数であり、
Ｖは、秒当たりの単位長（例えばインチ）で示される、スライドに沿った、ランナの一定の速度である。

好ましくは、本装置は更に、リード・スクリュー（lead screw）、及び、その上に載置されたドライブ・ナット（drive nut）を含み、当該リード・スクリューは、一定のピッチのスレッド（thread）を有し、ランナが、固定的に当該ドライブ・ナットに付着される。
モータは、好ましくは、ステッパ・モータを備え、協動するギアを介してリード・スクリューを駆動するようにされる。

本発明の他の特徴によれば、
請求項１ないし１１のいずれかによってセンサを提供し、
校正装置を提供し、当該校正装置は、スライドに沿った線形的移動（linear travel）のために載置されたランナ、そしてモータ、及び、コントローラを含み、当該ランナは、物品を固定的に、ランナに付着させるための装置を含み、当該モータはランナにカップルされるものであり、
一定の速度で、スライドに沿って、ランナを駆動するためにモータを制御するためにコントローラを作動させ、そして、
スライドに沿った、前記一定の速度でのランナの移動中に、センサによる信号出力を測定する、
ステップを含む、センサを校正する方法が提供される。

好ましくは、測定ステップは、ランナの移動中に、複数のカウント信号を測定するステップを含み、当該カウント信号は、校正オペレーションの開始におけるカウント、及び、校正オペレーションの終了におけるカウントを含む。
好ましくは、本方法は、
Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶ
を用いて（単位長当たりのカウント、例えば、インチ当たりのカウント、における）校正値Ｋを計算するステップ、
を更に含む。
ここで、Ｃｃは、校正オペレーションの開始におけるカウントと、校正オペレーションの終了におけるカウントの間の差であり、
Ｔは、センサの連続的ポーリング（successive polls）の間のポーリング・インターバル（polling interval）（秒）であり、
ｎ_Cは、スライドに沿った、ランナの前記移動（travel）中のポーリング・インターバルの数であり、
Ｖは、秒当たりの単位長（例えばインチ）で示される、スライドに沿った、ランナの一定の速度である。

本発明の他の特徴によれば、
請求項１ないし１１のいずれかによるセンサ、
センサによる動作レート信号を受信するために、センサにカップルされた制御ユニット、
を備え、
制御ユニットが、センサをポーリング（poll）するように構成され、連続的ポーリング（polls）の間のポーリング・インターバルが均一な間隔であり、
更に、制御ユニットが、差異値（difference value）を決定するように構成され、当該差異値が、連続的動作レート信号（複数）によって規定されるカウントの間の差であり、
更に、制御ユニットが、決定された差異値及び変換ファクター（factor）Ｒを用いるように構成され、Ｒ及び差異値を用いて、物品の動作の速度を計算するように構成される、物品の動作の速度を検知するためのシステムが提供される。

好ましくは、動作の速度は、
ｖ＝（ｃ_i−ｃ_i-1）Ｒ、
を用いて計算される。
ここで、（ｃ_i−ｃ_i-1）は、差異値である。好ましくは、連続的ポーリング（successive polls）の間のポーリング・インターバルは、Ｔであり、変換ファクターは、
Ｒ＝１／ＫＴ
のように決定される。
ここで、Ｋは、物品に対する、所定の（predetermined）カウント変換定数である。

好ましくは、本システムは更に、制御ユニットの制御の下で、物品の動作の計算された速度を表示するようにされたディスプレイ装置を含む。好ましくは、ディスプレイ装置は、制御ユニットの制御の下で、物品の動作の、計算された速度のグラフィカルな表現を表示するようにされる。好ましくは、グラフィカル表現は、スピード・メーターのようなグラフィカルな表現を含む。

本発明の他の特徴によれば、
請求項１ないし１１のいずれかによってセンサを準備し、
センサによる動作レート信号出力を受信するために、センサにカップルされた制御ユニットを準備し、
センサをポーリングする（poll）ために制御ユニットを作動させ、連続的ポーリング（polls）の間のポーリング・インターバル（interval）が、均一な間隔（duration）であり、
差異値を決定し、当該差異値が、連続的な動作レート信号（複数）によって規定されるカウントの間の差であり、
決定された差異値及び変換ファクターＲを用い、
Ｒ及び差異値を用いて物品の動作の速度を計算する、
ステップを含む物品の動作の速度を決定するための方法が提供される。

好ましくは、動作ｖの速度を計算するステップは、
ｖ＝（ｃ_i−ｃ_i-1）Ｒ、
を用いるステップを含む。
ここで、（ｃ_i−ｃ_i-1）は、差異値である。好ましくは、連続的ポーリング（successive polls）の間のポーリング・インターバルは、Ｔであり、変換ファクターは、
Ｒ＝１／ＫＴ
のように決定される。
ここで、Ｋは、物品に対する、所定の（predetermined）カウント変換定数である。

好ましくは、本方法は更に、
ディスプレイ装置を準備し、
制御ユニットの制御下で、計算された物品の動作の速度を表示する、
ステップを含む。

好ましくは、ディスプレイ装置は、制御ユニットの制御の下で、計算された物品の動作の速度のグラフィカル表現を表示するようにされる。好ましくは、グラフィカル表現は、スピードメータのようなグラフィカル表現を含む。

以下、添付の図面を参照した例を用いて本発明の実施例が説明される。
図１は、ケーブル4の移動のレートを測定するための、本発明の実施例による、動きレート・センサ2の使用を説明する概略側面図である。この場合には、ケーブル4が、矢印Ａによって示される方向に移動するにつれて、ケーブル4はセンサ2のハウジング6を通過する。しかし、代替的実施例においては、ケーブル4は、ハウジング6の側面又は他の表面に沿って移動し得るか、又は、ハウジングの近傍において（クリアランスを持って）ハウジング6を通過して移動し得る。即ち、それによって、ハウジング6内の動き検知要素（後述）が、動き検知を実行できるような、どんなアレンジメントも、使用されうる。

動きレート・センサ2は、長い（フレキシブル又は堅い）物品の動きのレートが、測定されるような、多用な様式（forms）およびアプリケーションで使用され得る。例としては、劇場でカーテン又はスクリーンを開けたり閉じたりするために用いられる、1つあるいはそれより多いケーブルが含まれる。そして、（一般的に金属の）ケーブルは、ガレージのドアを開け、閉じるために用いられる。それが、それ自身で長い物品であるか、又は、それが付着されるいくつかの物品が長いかに関わらず、その動きのレートが測定／制御されるべきものに対して、動きレート・センサ2が用いられ得る。において、図１の例において、人体上で、医学的手順において用いられる装置8が、ケーブル4の端部に付着される。

図２（ａ）は、図１の動きセンサ2の、クローズアップされた斜視図を示す。ここから分かるように、ハウジング6は、２つの部分から成っている。この２つの部分は、スクリュー（不図示）によって適切に、互いに固定された、上部ハウジング10と低部ハウジング12である。また、低部クリップ・アセンブリ14は（スクリュー（不図示）によって）、低部ハウジング12に付着され得る。クリップ・アセンブリ14は、一般的に、Ｕ形状の断面で、ストラップ16がそこを通過することを可能とする細長いスロット（後述）を含む。ストラップ16は次に、センサ2が、固定的にそして安定的に、他の物体に付着されることを可能とする。図示された例において、ストラップ16は、センサ2を、人体（不図示）の手足に付着するために使用され得る。

使用状態において、ケーブル4は、例えば、電気モータ（不図示）のような、パワーを与えられた機械的装置によって、手によって、又は他の手段によって、矢印Ａの方向に引っ張られ得る。選択的に、電気モータは、後述のように、センサ2から、ケーブル4の動作のレートを示す信号を受信する、同じ制御ユニット（不図示。以下で議論される。）にカップルされ得る。

図示された例において、ケーブル4は、ケーブル4の編まれた外側導電体の反復的なパターンが可視的となるための透明な外部ジャケットを有する同軸ケーブルを備える。本実施例におけるパターン18（の動き）の検知については、以下で更に議論される。しかし、この編み部分のパターンは、反復的である必要が無く、ジャケットは、透明である必要が無いいことに留意いただきたい。センサ2によって可視的なケーブル4の表面上に、十分な表面変動（surface variation）が存在することによって、センサが、認識可能な特徴を発見でき、相対的位置を検知できるようにする必要があるだけである。この変動は、小さすぎるため、肉眼には可視的でない場合があり得る。しかし、夫々の場合において、ケーブルの適切な校正（後述）が、好ましくは採用される。

選択的に、この実施例において、装置8（図１参照）及びケーブル4の、矢印Ａとは反対の方向における、初期チャネリング（initial channeling）のために、そして、その戻り移動（return travel）中に、それを、ハウジング6内に案内するために、ハウジング6に付着された（attached to）アダプタ20が提供され得る。医療的なアプリケーションのためには、液体を抽出するために、付着されたチューブ22が使用され得る。

図２（ｂ）は、図１の動きレート・センサ2の分解斜視図である。上部ハウジング10、低部ハウジング12、及び、ストラップ16（図２（ａ）参照）を受け取るための２つの長いスロット15を有するクリップ・アセンブリ14を含む、センサの種々の構成要素が示される。

ケーブル4は、全体的に、ハウジング6の延び（elongation）の軸に平行に、そして、低部ハウジング12とベース・プレート24の間を通過する。ベース・プレート24は、スクリュー・ホール26（この場合そのうち４つ）を持ち、このスクリュー・ホールを通じて、固定スクリュー（不図示）が、組立ての際に、低部ハウジング12内の対応する孔26から貫通する。

ＰＣＢ28（後に詳述）が、ベース・プレート24の上（above）に載置される。そして、この目的のために、突起30（ここでは３つ）がベースプレート24の上（on）に提供される。図２（ｃ）の部分断面図を簡単に参照して、突起は、変化する直径の２つのセクションを持つことによって、肩部32を提供する。この肩部32の上には、組立ての後に、ＰＣＢ28が載置される。

図２（ｂ）を参照して、直列リンク（serial link）によって、マイクロ・コントローラ34にカップルされた検知装置32が、ＰＣＢ28の上に載置される。検知装置32は、適切に、商業的に入手可能な光学マウス・チップ、ＬＥＤ、及び、レンズ・パッケージ（ＡＤＮＫ-2620；Agilent Technologiesから入手可能）、を備える。そして、マイクロコントローラ34は、適切に（suitably）、マイクロチップ16シリーズのマイクロコントローラ（Part．番号 PIC16F627）を含む。使用状態において、検知装置32のＬＥＤ（不図示）が、一定の波長の光を、ベースプレート24内の光学的リーダ開口（optical reader aperture）36を通じて、全体的に下方向に投射する。光は、（ケーブル4の反復的パターン18の）上に入射し、反射して、ケーブルから戻った光は、レンズによって、検知装置32のセンサ要素の上に合焦される。ケーブル4上のパターン18の移動によって引き起こされた、受信された光学的信号における変動から、検知装置32は、マイクロコントローラ34に通過された対応する電気的信号を生成する。次に、マイクロコントローラ34は、ケーブル38（例えば、従来的なRS-232インターフェース）を介して信号を、遠隔制御ユニットに通過させる。これは、後に詳述する。

光学的動きセンサ2による測定の正確性は、主に、ケーブル4とレンズの間の遊び（play）の程度によって決定されることに留意いただきたい。従って、ケーブル4をレンズの下の場所に案内するための、好ましい実施例で用いられる、チャンネル、ホルダ、又は、ガイド表面の、いくつかのフォーム（form）が、重要である。このガイド内でのケーブル4の垂直の動きがより大きくなると、動きレート測定の正確性が落ちることになる。

センサ2の構成要素10,12,14,24,28の各々が、周知の塑造（moulding）技術を用いて、従来的な材料（例えば、プラスチック）から作られ得ることが理解されるであろう。そして、組み立てられるときに、センサ2は、コンパクトな寸法であり得、従来的なコンピュータ・マウスに類似する形状であり得る。

代替的実施例において、動きのレートの磁気的検知が用いられる。ここでは、磁石は、ケーブル内に、又は、その上に配置される。磁界を検知する、２つのあり得るやり方が、採用され得る。第１の技術において、ケーブルは、ハウジング内に構築されたワイヤのコイルを通過する。ケーブル内の磁石が、コイルを通過するにつれて、それらは、検知される電流（パルス）を生成する。これらのパルスの生成のレートか、各パルスの強度かのいずれかが、動きのレートの計算を可能とする。第２の技術では、Hallプローブが用いられて、磁界が測定される。再度、磁界のパルスの検知のレートと、磁石の間の間隔の知識を考え合わせて、移動のレートの計算が可能となる。

更なる代替的な実施例において、動きのレートを検知するための反射要素が用いられる。上述のAgilentのチップの替わりに、ほぼ反射的なセクションを持つ（incorporates）ケーブルとともに、ホトダイオード又はホトトランジスタが使用される。交互に、より高い反射率と、より低い反射率を有するバンド（bands）が用いられる。それぞれの、より反射性を持つバンドがセンサを通過すると、光検知器によって検知された光の程度は増加する。再度、バンドの間隔、及び、検知されたパルスのレートを知っていることによって、移動のレートの計算が可能となる。

更なる代替的実施例において、動きのレートの検知のための放射能検知が用いられる。ここでは、放射能を持つ粒子が、ケーブル上に、規則的に間隔が空けられて配置される。（煙アラームで使用されるような）放射能センサが、使用されて、結果としてもたらされる放射を検知し、各粒子がセンサを通過するにつれてパルスを提供する。再度、粒子の間の間隔の知識、及び、パルスのレートによって、速度の計算を可能とする。

更なる代替的な実施例において、動きのレートの検知のための抵抗測定が用いられる。或いは、物品は、変動する誘電性の強度（dielectric strength）の領域を持ち、キャパシタのプレートを通過する。或いは、物品は、変動する厚さの領域を持ち、近接性測定が為される。或いは、物品は、半透明と透明の領域を持ち、光源（source）と検知器（detector）が互いに対向し、物品がその２つの間を通過する。（この半透明と透明は、可視光であり得、何らかの電磁気的信号、放射能、磁界、又は、電界でもあり得る）

これらの代替的実施例の全てが、Agilent ＬＥＤ／光学的センサチップを採用する、以上で提供された例とともに使用されて、ケーブルの位置の上の追加の情報を提供し得る。例えば、小さな反射的バンド、又は、磁気的粒子が、ケーブルの端部（end）の近傍に配置され得る。もし、ハウジングが、関連する検知装置を持つ（incorporates）ならば、
ケーブルがこの位置に到達するときに、ケーブルの端部が近づいていることを知らせるために、単一のパルスがシステムに伝えられることになる。

図３は、上述の動きレート・センサ2を用いた、物品の制御された移動を実行するための、本発明の１つの特徴によるシステムを概略的に示す。システム（全体的に40で示される）は、ＰＳＵ42、制御モジュール44、及び、ユーザ・インターフェース（ＵＩ）46、を含む。上述のように、動きレート・センサ2は、シリアル・リンク（38）によって制御モジュール44にカップルされる。公知であるように、ＵＩ（46）は、制御モジュール44の制御の下で、グラフィカルな、可聴的な、又は、グラフィカルで可聴的な情報（不図示）を、周知のディスプレイ、及び／又は、スピーカ技術を介して、ユーザに提供し得る。

図１を参照して上述されたように、説明された実施例において、ケーブル4は、その動きのレートが監視／制御されるべき、医療装置（medical device）8（処置アプリケータ（treatment applicator））に付着され得る。それ故、選択的に、図３を参照して、システム40は、医療装置8（アプリケータ）、制御モジュールによってそこに供給される動きレート・データに依存して医療装置8に供給されるパワーを調整できるパワー・モジュール48、及び、ユーザが、パワーのオン・オフをスイッチすることを可能とする、ユーザがオペレート可能なフット・スイッチ50、を含み得る。

図４は、概略的に、より詳細に、図３の動きレート・センサ2と制御モジュール44の間の通信を示す。ユーザへのフィードバックを提供するために、センサ2がシステム40に接続されるときに、RS232のような標準プロトコルによって、データが適切に転送される。センサ2は、システム40の制御ユニット44に接続され、システム40の通信ポート（comms port：（不図示））は、システムのソフトウェア52によって規則的にポーリング（polled）されて、センサの位置についてのデータを抽出する。位置データから、動きのレートが導かれ得る。しかし、RS232の替わりに、他のプロトコル（及びケーブル）、例えば、RS485, RS422, I2C, USB, GP1B, パラレル、又は、他のプロトコルが使用され得ることが理解されるであろう。動きレートを決定するためにセンサ2をポーリングするレートは、センサの解像度の程度、及び、所望の動きレート（後述されるような）によって決定される。

図５は、図３のシステム40によってユーザに表示されたＵＩビューの例を示す。ここからわかるように、グラフィクルに、「速度計タイプの」メーター60が表示されている。現在値62を含む特定の値を表示するとともに、メーター60は、緑のゾーン64、２つのオレンジのゾーン66,68、及び、赤のゾーン70を含む、いくつかのカラー化されたゾンをも持つ。従って、ユーザは、センサ2（図１参照）によって検知された物品（article）4の動きのレートが、
（ｉ）最適な値である（ポインタ71が、真っ直ぐ上をポイントしている）、
（ii）受け入れ可能な値である（ポインタ72が、緑のゾーン64内にある）、
（iii）いくらか受け入れ難い値である（ポインタ72が、オレンジのゾーン66、68内にある）、又は、
（iv）非常に受け入れ難い値である（ポインタ72が、赤のゾーン70内にある）、
かについての、視覚的なフィードバックを持つ。

代替的に、又は、追加的に、異なった上述のゾーンに対応して、可聴情報がＵＩ46によって出され得る。即ち、緑−＞オレンジ−＞赤のゾーンと変わるにつれて、より高くなるトーン（音声周波数）、又は、異なったゾーンに対して異なった（緑−＞オレンジ−＞赤へと増加する）レートで発せられる音声パルス（”ビー”という音）というようなものである。

追加的に、ＵＩ46は、ソフトウェアによって、（76において）物品（ケーブル）4によって動かされたトータルの距離、及び／又は、（74において）物品の移動中のトータルの経過時間を表示させられ得る。

図６は、動きレート・センサ２’（２つのケーブルが使用される場合）の代替的な実施例を示す。構造は、以下の点を除いて、図１と２の実施例と同じである。ここで、それらの全長（length）の殆どに対して平行に走る、２つの繋がれた（tethered）ケーブル4ａ，4ｂが、最初に、センサ２’を通過する前に分岐する。アプリケータ・ケーブル4ａ（例えば、パワーを処置装置（不図示）に供給する）は、センサ２’を横断的に通過する。センサ2’を通過する、その上に検知可能なマーキングを有する平行ケーブル4ｂは、そのマーキングを、検知装置（図２参照）によって検知され、センサ２’を、縦に（longitudinally）脱出する。

動きレート・センサは、上のように、単純な医療的応用との関連で説明されてきたが、当業者によって、本発明は、物品の移動レートが、測定され、及び／又は、制御されるような、如何なる場面でも採用され得ることが理解されるであろう。例には、全ての種類のケーブル作動する素子（cable operated devices）、装置、及び、機器が含まれる。上述の（自動）ケーブル作動されたカーテン及びガレージ・ドアは、一般的な例である。製造環境（例えば織物産業）における、移動する竿、ケーブル、及び、スレッド（thread）の動きもまた、本発明による技術を用いて測定され得る。

図７（ａ）は、概略的に、制御ユニット44によって、直列（serial）ライン38を介して、センサ2（図７（ｂ）参照）に発せられたポーリング信号の時間シーケンスを示す。これからわかるように、ポーリング（ここでは、期間ｔの単一のパルスとして示される）は、ポーリング・インターバルＴで、規則的な間隔で発せられる。ポーリング・パルスは、ｐ１、ｐ２、ｐ３、・・・ｐ_Nとラベリングされる。

図７（ｂ）は、パルスｐ_iに応答して、センサ2によってカウントｃ_iが戻されるような、センサ2と制御ユニット44の間の信号の送信を示す。適切に、カウントｃ_iは、直列ライン38を送られる、マルチビットのデジタル信号によって規定される。使用前に、センサ2はリセットされる。使用中に、センサ2は、リセットされる必要は無い。１つの実施例において、ポーリング・インターバルＴは、０．２秒である。

図７（ｃ）は、ポーリングの結果として、連続して（in series）得られた値を示す。最初の行は、ポーリング・パルスｐ_iのシーケンスであり、第２の行は、それぞれのポーリング・パルスに応答して戻されたカウントｃ_iである。これらの値ｃ_jを、動きを表す値に変換するために、センサ2が最後にポーリングされた時刻からのカウント値が、現在のカウント値から減算される。これは、ポーリング・インターバルＴ中に、ケーブル4がセンサ2に対して動いたカウントの数を与える。カウントの数は、次に、一定値（インチ当たりのカウント）によって除算（又は乗算）されて、システム（制御ユニット44）によって要求される単位で移動した実際の距離を与える。これは次に、時間インターバルによって除算されて、動きのレートを与える。従って、速度、即ち、所定のポーリング・パルスｉに対する、最後のポーリング・インターバルＴに亘る平均速度が、図７（ｃ）の第３行に与えられる。ここで、速度ｖ＝（ｃ_i−ｃ_i-1）Ｒであり、Ｒは、変換ファクターである。例えば、後述の適切な校正技術を用いて、もし、ケーブルに対するインチ当たりのカウントの数がＫであると、事前に決定されているならば、Ｒ＝１／（ＫＴ）である。速度ｖ（インチ／秒）は、この関係、及び、Ｒの記憶された値を用いて制御ユニット44によって計算される。

上述の実施例において、Ｋは、約460カウント／インチであり、Ｔ＝０．２ｓである。従って、例えば、もし、0.2秒で10カウントだけケーブルが移動するならば、レートは、（10/460）/0.2＝0.1087インチ／秒である。上述のように、これは、0.2秒毎の速度ｖの値を与える。これは、瞬時速度ではないが、前の0.2秒に対する平均速度の値である。

精度の決定において、ポーリング・インターバルＴもまた重要である。それは、ケーブル4の動きの速度に関係する。もし、Ｔが、ポーリングの間に、非常に少ないカウントしか蓄積されないほど短いならば、測定されたレートが、いくつかの離散的値の１つのように見えるような、ディスクレタイゼーション・エラー（discretisation error）が発生することになる。（そのようなエラーが、そのアプリケーションで重要か否かに依存して）ポーリング・インターバルは、十分なカウントがポーリング・パルスの間にセンサ2によって読み取られることによって、そのようなエラーが認識不可能となるように、選択される必要があり得る。より速いケーブル移動は、より高いレートのポーリング（及びそれによる短いＴ）を可能とするであろう。より遅いケーブル移動においては、より低いレートのポーリングが必要とされることになる。他方、レートは、事実上、ポーリング・インターバルＴに亘る平均なので、もし、Ｔが、余りにも長くされるならば、記録されたレートは実際の移動よりも認知可能な程度に遅れ始めることになる。現在の好ましい実施例において、10cm／分、又は、それより大きいプルバック・レート（即ち、ケーブル4の移動のレート）での、ポーリング・インターバルＴの最も低い有効値（effective value）は、約０．２秒である。

代替的実施例において、もし、平均速度が求められるが、大きなＴが存在せず、それ故、複数の速度更新の間の長いインターバルが無いならば、リーリング平均計算（rolling average calculation）と共に、より短いポーリング・インターバルＴが使用され得る。ここで、制御ユニット44は、前の（preceding）ｎ個の速度結果の平均値を計算する。これは、表示された、又は、測定された速度が、時間に亘ってより円滑に変動するという利点を持つ。ポーリング・インターバルＴがより短くなると、応答は、よりきまぐれ（jerky）でなくなる。ｎが大きいほど、応答はより減衰される（damped）。これは、特に、上述のケーブル速度の「速度計タイプの」表示（図５参照）が採用されるときの、速度のユーザへの表示において利点をもたらす。平均された過去の速度値の数ｎは、何らかの適切な数、例えば、数（few）から数十（a few tens）の値、であり得る。一般的に、ｎ≦３２である。好ましい実施例において、ｎは16である（即ち、16×0.2＝3.2秒に亘って平均化された速度を提供する）。しかし、アプリケーションに依存して、ｎについての上限が、数十、数百、又は、それより多いものであり得ることが理解されるであろう。上限は、使用されている装置のパラメータに論理的に適用可能な何らかの適切な値を持ち得る。

単位距離当たりに測定されるカウントの数は、引出し速度（withdrawal speed）によってわずかに変動することになる。より高い引出し速度は、単位距離当たりの、わずかに遅い数のカウントをもたらす。カウントの数を、距離及びそれによる速度に変換するために、システム内で使用するための適切な校正ファクターを評価するために、装置は、センサを通じて、既知の固定レートでケーブルを正確に引出す（withdraw）ように、設計され、構築された。それ故、これは、如何なる特定の引出しレートに対する校正ファクターも、正確に評価され得ることを意味する。

図８は、本発明の１つの特徴の実施例によって採用され得る、校正装置802の平面図を示す。校正装置802は、その上に、種々の構成要素（後述）が固定されて載置された頑丈なベース804を含む。これらには、本技術分野で周知なように、ケーブル808を介してコンピュータ（不図示）にカップルされ、コンピュータの制御の下で駆動されるステッパ・モータ806が含まれる。ステッパ・モータ806は、協動動作する、平歯車（spur gear）タイプのギア812、814を介して、リード・スクリュー（lead screw）810に回転動作を送る。このリード・スクリュー810は、エンドプレート818、820、及び、スライド822を含む頑丈なフレーム816上での回転のために載置される。

リード・スクリュー810には、一定の、既知のピッチの、外部ヘリカルスレッド（external helical thread）（824）が提供される。そして、駆動ナット826が、リード・スクリュー810の上に提供され、協動作動する内部スレッド（不図示）を持つ。駆動ナット826は、次に、スライド822の上に載置されたランナ830に頑丈に付着される。ランナ830及びスライド822は、好ましくは、協動作動する（co-operating）ガイド要素、及び／又は、ホイール／ベアリング（不図示）を持つことによって、ランナ830の、スライド822に沿った、低摩擦の滑り（sliding）を促進させる。適切に（suitably）、ランナ830の、スライド822上の移動の長さは、0.5−1.0ｍのオーダーにある。

校正されるべきセンサ2には、フレーム816のエンド・プレート820からの適切な距離（例えば、１−２ｍ）が与えられ、クランプすること（clamping）、又は、スクリュー（screw）（不図示）によって、そこに対して（relative thereto）固定される。ケーブル4は、センサ2を通過し、その端部832は、ランナ830上の要素834をクランプすることにより、（例えば、適切なプレート及びスクリューによって）クランプされる。

（センサ2を用いてケーブル4のＫ当たりのカウントを決定するための）校正は、以下から成る。センサ2は、連続的ポーリング・インターバルＴの後に蓄積されたカウント値ｃ_iを発するためにセットアップされる。駆動ナット826は、フレーム816のエンド・プレート820に隣接して、その移動終端部に配置される。ケーブル4がセンサ2を通過すると共に、そして、ケーブル4における何らかの過剰たるみ（slack）が除去されるのと共に、ステッパ・モータ806がパワー・アップされ、制御コンピュータ（不図示）による、一定の回転速度において駆動される。これにより、ランナ830が、駆動ナット826によって、既知の一定の線形速度（linear speed）Ｖ（インチ／ｓ）でスライドに沿って駆動される。

校正オペレーションは、ランナ830の移動（travel）の終了時点において、及び、移動の開始時点において、カウントを測定することを含み得る。より詳細には、校正オペレーションは、少なくとも「校正の開始」、即ち、ランナがその、スライド上での動きを開始し、一定の速度に明確に到達した後の所定の時刻、においてカウントを測定し、「校正ポイントの終了点」、即ち、ランナがその動きを終了する前の所定の時刻においてカウントを測定することを含む。これは、加速及び減速期間に起因する歪を除去するという利点を有する。

もし、ランナ830の移動の終了におけるカウントと、移動の開始におけるカウントの間の差がＣｃならば、そして、ポーリング・インターバルＴの数がｎ_Cであるならば、インチ当たりのカウントＫは、
Ｖ＝（Ｃｃ／Ｋ）ｎ_CＴ
又は
Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶ
から得られ得る。

これは、１つの校正オペレーションである。１つのセンサ・ケーブルの組み合せに対して、このオペレーションは、複数回又は更に多く反復され、得られた値Ｋが平均され得ることが理解されるであろう。

一旦、値Ｋが知られると、これは、図７との関係で上述されたように、動きレートを測定するために用いられ得る。当業者によって、一旦、Ｋに対する値が決まると、Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶの関係における１つあるいはそれより多い他のパラメータが、その後得られ得ることが理解されるであろう。

一定の実施例における単位としてインチが使用されてきたが、他の単位が使用され得ることが即座に明らかとなるであろう。即ち、Ｋを、インチ当たりのカウントで表現する替わりに、これは、ｍｍ、ｃｍ、又は、慣習上の単位、当たりのカウントであり得る。そして、Ｖを、インチ／秒で表現する替わりに、これは、ｍｍ／ｓ、ｃｍ／ｓ、ｍ／ｓ、等であり得る。

ケーブルの動きのレートを測定するための、本発明の実施例による、動作レート・センサの使用状態の概略側面図である。 図１の動きレートセンサの拡大斜視図である。 図１の動きレートセンサの分解斜視図である。 凸部の部分断面図である。 図１及び２のサンサを用いて、物品の制御された動作を実行するための、本発明の１つの特徴によるシステムを概略的に説明する。 図３におけるシステムにおける、より詳細な動きレートセンサと制御モジュールの間の通信を概略的に説明する。 図３のシステムによってユーザに表示されたユーザ・インターフェースの例を説明する。 ２つのケーブルが用いられた場合の、動きレート・センサの代替的な実施例を示す。 ポーリング信号の時間的シーケンスを概略的に説明する。 センサ２と制御ユニット44の間の信号の送信を概略的に説明する。 ポーリングの結果として連続して得られた値を概略的に説明する。 本発明の実施例によって採用され得る校正装置の運転図を説明する。

符号の説明

２ 動きレート・センサ
４ ケーブル
４ａ ケーブル
４ｂ ケーブル
６ センサ2のハウジング
８ 医学的手順において用いられる装置
１０ 上部ハウジング
１２ 低部ハウジング
１４ 低部クリップ・アセンブリ
１５ ２つの長いスロット
１６ ストラップ
１８ 本実施例におけるパターン
２０ アダプタ
２２ 付着されたチューブ
２４ ベース・プレート
２６ スクリュー・ホール
２８ ＰＣＢ
３０ 突起
３２ 肩部
３４ マイクロ・コントローラ
３６ 光学的リーダ開口（optical reader aperture）
３８ ケーブル
４０ システム
６０ 「速度計タイプの」メーター
６２ 現在値
８０２ 校正装置
８０４ 種々の構成要素（後述）が固定されて載置された頑丈なベース
８０６ ステッパ・モータ
８０８ ケーブル
８１０ リード・スクリュー（lead screw）
８１２ 平歯車（spur gear）タイプのギア
８１４ 平歯車（spur gear）タイプのギア
８１６ スライド822を含む頑丈なフレーム
８１８ エンドプレート
８２０ エンドプレート
８２２ スライド
８２４ 外部ヘリカルスレッド（external helical thread）
８２６ 駆動ナット
８３０ スライド822の上に載置されたランナ
８３２ 端部
８３４ ランナ830上の要素

Claims (36)

1. 物品の移動のレートを検知するための動きレート・センサであって、
   ハウジングであって、当該ハウジングに対して、使用状態において、前記物品が移動するハウジング、
   前記ハウジング内に配置された検知ユニットであって、当該検知ユニットが、
   前記物品の動きに起因して発生される検知信号を生成するようにされた変換装置、及び、
   前記検知信号を受信し、物品の移動のレートを示す動き信号を出力するようにされた処理回路、
   を含む、検知ユニット、
   を備える、動きレートセンサ。
2. 前記ハウジングが、前記ハウジングに対する前記物品の動きを可能とする、少なくとも１つの開口を含む、請求項１に記載のセンサ。
3. 前記ハウジングが、使用状態において、前記ハウジング内の、又は、その近傍での物品の移動が、実質的に線形（linear）であるような構成を有する、請求項２に記載のセンサ。
4. 前記少なくとも１つの開口が、
   入口開口であって、当該入口開口を通じて、使用状態において、前記物品が前記ハウジングに入る入口開口、及び、
   出口開口であって、当該出口開口を通じて、使用状態において、前記物品が、前記ハウジングを脱出する、出口開口
   を含み、
   前記物品が、好ましくは、使用状態において、前記入口開口と出口開口の間の、実質的に線形の経路内を移動する、
   請求項２又は３に記載のセンサ。
5. 前記変換装置が前記物品からの放射を受信し、当該受信された放射に依存した検知信号を生成するようにされた、少なくとも１つの放射（radiation）検知器を備える、請求項１ないし４に記載のセンサ。
6. 前記放射が光学的放射であり、
   前記検知ユニットが、更に、光学的放射（radiation）を放出（emit）するための光学的放出器を含み、
   前記放射検知器が、前記物品からの反射の後に前記光学的放射を受信するように配置された、
   請求項５に記載のセンサ。
7. 前記光学的放出器がＬＥＤであり、
   好ましくは、前記光学的エニッタ及び放射検知器が、統合的な素子（integral device）を備える、
   請求項６に記載のセンサ。
8. 前記物品が、その表面の上に配置された、その長さに沿った反復的パターンでの、複数のマーキング又は反射的要素を持つ、請求項５ないし７のいずれかに記載のセンサ。
9. 前記放射検知器が低レベル放射能の検知器を備え、前記物品が、その長さに沿った反復的パターンで、その中、又は、その上に配置された複数の放射能要素（radioactive elements）を持つ、請求項５に記載のセンサ。
10. 前記変換ユニットが、磁気検知器を含み、
    前記物品が、その長さに沿った反復的パターンで、その中、又は、その上に配置された、複数の磁気的要素を持ち、
    前記磁気検知器が、使用状態において、前記物品が、前記磁気検知器を通過して移動するときに、前記検知信号を生成するようにされる、
    請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ。
11. 前記変換ユニットが、
    前記物品に接触するようにされ、使用状態において、それによって回転されるようにされた、１つあるいはそれより多いホイール又はボールのような、１つあるいはそれより多い回転可能な部材、及び、
    前記回転可能な１つあるいはそれより多い部材の回転のレートに依存して、前記検知信号を生成するようにされた電気機械的装置、
    を含む、
    請求項１ないし４のいずれかに記載のセンサ。
12. 以上のいずれかの請求項に記載のセンサを校正するための装置であって、
    スライドに沿った、線形的な移動のために載置されたランナであって、当該ランナが、物品を、当該ランナに固定的に付着させるための装置を含む、ランナ、
    前記ランナにカップルされたモータ、
    使用状態において、前記スライドに沿って、一定の速度で前記ランナを駆動するために前記モータを制御するようにされたコントローラ、及び、
    使用状態において、前記一定の速度での、前記スライドに沿った前記ランナの移動中に、前記センサによって信号出力を測定するようにされた、測定装置、
    を備える装置。
13. 前記測定装置が、カウント信号を測定するようにされ、
    前記カウント信号が、校正オペレーションの開始におけるカウント、及び、校正オペレーションの終了におけるカウントを含む、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記測定装置が、
    Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶ
    を用いて、（単位長当たりのカウント、例えば、インチ当たりのカウントでの）校正値Ｋを計算するようにされ、
    ここで、Ｃｃは、校正オペレーションの開始におけるカウントと、校正オペレーションの終了におけるカウントの間の差であり、
    Ｔは、センサの連続的ポーリング（successive polls）の間のポーリング・インターバル（polling interval）（秒）であり、
    ｎ_Cは、スライドに沿った、ランナの前記移動（travel）中のポーリング・インターバルの数であり、
    Ｖは、秒当たりの単位長（例えばインチ）で示される、スライドに沿った、ランナの一定の速度である、
    請求項１２又は１３に記載の装置。
15. 請求項１２、１３、又は１４に記載の装置であって、
    更に、リード・スクリュー（lead screw）、及び、その上に載置される駆動ナット（drive nut）を備え、当該リード・スクリューが、一定ピッチのスレッド（thread）を有し、
    前記ランナが、前記駆動ナットに固定的に付着された、
    装置。
16. 前記モータが、好ましくは、ステッパ・モータを備え、協動ギアを介して、前記リード・スクリューを駆動するようにされた、
    請求項１２ないし１５のいずれかに記載の装置。
17. 請求項１ないし１１のいずれかによるセンサを準備し、
    校正装置を準備し、当該校正装置は、スライドに沿った線形的移動のために載置されたランナを含むものであり、当該ランナは、前記物品を、当該ランナに固定的に付着させるための装置を含むものであり、当該校正装置は更に、当該ランナにカップルされたモータ、及び、コントローラを含むものであり、
    前記スライドに沿って、一定の速度で前記ランナを駆動するために、前記モータを制御するために前記コントローラを作動させ、
    前記スライドに沿った、前記一定の速度での前記ランナの移動中に、前記センサによる信号出力を測定する、
    ステップを含むセンサを校正する方法。
18. 前記測定するステップが、前記ランナの移動中に、複数のカウント信号を測定するステップを含み、当該カウント信号が、校正オペレーションの開始におけるカウント、及び、校正オペレーションの終了におけるカウントを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 更に、
    Ｋ＝Ｃｃ／ｎ_CＴＶ
    を用いて、（単位長当たりのカウント、例えば、インチ当たりのカウントでの）校正値Ｋを計算し、
    ここで、Ｃｃは、校正オペレーションの開始におけるカウントと、校正オペレーションの終了におけるカウントの間の差であり、
    Ｔは、センサの連続的ポーリング（successive polls）の間のポーリング・インターバル（polling interval）（秒）であり、
    ｎ_Cは、スライドに沿った、ランナの前記移動（travel）中のポーリング・インターバルの数であり、
    Ｖは、秒当たりの単位長（例えばインチ）で示される、スライドに沿った、ランナの一定の速度である、
    ステップを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 物品の動きの速度を決定するためのシステムであって、
    請求項１ないし１１のいずれかのセンサ、
    それによって動きレート信号出力を受信するために前記センサにカップルされた制御ユニット、
    を備え、
    前記制御ユニットが、
    前記センサをポーリング（poll）し、複数の連続的ポーリングの間のポーリング・インターバルが、均一な期間であり、
    差異値を決定し、当該差異値が、複数の連続的動きレート信号によって規定されたカウントの間の差であり、
    前記決定された差異値及び変換ファクターＲを使用し、Ｒ及び差異値を用いて前記物品の動きの速度を計算する、
    ように構成されたシステム。
21. 動きの前記速度が、
    ｖ＝（ｃ_i−ｃ_i-1）Ｒ
    を用いて計算され、
    ここで、
    （ｃ_i−ｃ_i-1）は、差異値である、
    請求項２０に記載のシステム。
22. 連続的ポーリングの間の前記ポーリング・インターバルがＴであり、
    変換ファクターが、
    Ｒ＝１／ＫＴ
    として決定され、
    ここで、Ｋは、前記物品に対する所定のカウント変換定数である、
    請求項２０又は２１に記載のシステム。
23. 前記システムが、更に、前記制御ユニットの制御の下で、前記計算された前記物品の動きの速度を表示するようにされたディスプレイ装置を含む、請求項２０，２１、又は２２に記載のシステム。
24. 前記ディスプレイ装置が、前記制御ユニットの制御の下で、前記計算された前記物品の動きの速度のグラフィカルな表現を表示するようにされた、請求項２３に記載のシステム。
25. 前記グラフィカルな表現が、速度計的なグラフィカルな表現を含む、請求項２４に記載のシステム。
26. 物品の動きの速度を決定するための方法であって、
    請求項１ないし１１のいずれかのセンサを準備し、
    それによって動きレート信号出力を受信するために前記センサにカップルされた制御ユニットを準備し、
    前記センサをポーリング（poll）し、複数の連続的ポーリングの間の当該ポーリングのインターバルが、均一な期間であり、
    差異値を決定し、当該差異値が、連続的動きレート信号によって規定された複数のカウントの間の差であり、
    前記決定された差異値及び変換ファクターＲを使用し、Ｒ及び当該差異値を用いて前記物品の動きの速度を計算する、
    ために、前記制御ユニットを作動させる、
    ステップを含む方法。
27. 動きの前記速度ｖを計算するステップが、
    ｖ＝（ｃ_i−ｃ_i-1）Ｒ
    を用いることを含み、
    （ｃ_i−ｃ_i-1）が、前記差異値である、
    請求項２６に記載の方法。
28. 連続的ポーリング（polls）の間の前記ポーリング・インターバルがＴであり、
    前記変換ファクターが、
    Ｒ＝１／ＫＴ
    として決定され、
    ここで、Ｋは、前記物品に対する所定のカウント変換定数である、
    請求項２６又は２７に記載の方法。
29. 請求項２６，２７、又は２８に記載の方法であって、
    更に、
    ディスプレイ装置を準備し、そして、
    前記制御ユニットの制御の下で、計算された前記物品の動きの速度を表示する、
    ステップを含む方法。
30. 前記ディスプレイ装置が、前記制御ユニットの制御の下で、前記計算された前記物品の動きの速度のグラフィカルな表現を表示するようにされた、請求項２９に記載の方法。
31. 前記グラフィカルな表現が、速度計的なグラフィカルな表現を含む、請求項３０に記載の方法。
32. 添付の図面を参照して実質的に本明細書中に記載されたセンサ。
33. 添付の図面を参照して実質的に本明細書中に記載された、センサを校正するための装置。
34. 添付の図面を参照して実質的に本明細書中に記載された、センサを校正する方法。
35. 添付の図面を参照して実質的に本明細書中に記載された、物品の動きの速度を決定するためのシステム。
36. 添付の図面を参照して実質的に本明細書中に記載された、物品の動きの速度を決定するための方法。

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