KR101341804B1 - 절대 위치 측정 방법, 절대 위치 측정 장치, 및 스케일 - Google Patents

절대 위치 측정 방법, 절대 위치 측정 장치, 및 스케일 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절대 위치 측정 방법, 절대 위치 측정 장치, 및 스케일을 제공한다. 이 스케일은 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol), 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된 스케일 패턴을 포함한다. 제1 심볼은 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 제2 심볼은 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재한다.

Description

절대 위치 측정 방법, 절대 위치 측정 장치, 및 스케일{Absolute Position Measuring Method, Absolute Position Measuring Apparatus, and Scale}
본 발명은 절대 위치 측정 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 의사 랜덤 코드를 심볼화한 스케일 패턴을 판독하여 대략 절대 위치를 산출하고, 심볼의 위상을 이용하여 정확한 절대 위치를 산출하는 방법에 관한 것이다.
절대 위치 스케일(scale)을 이용하여 판독헤드가 절대 위치를 결정할 수 있도록 하는 절대 위치 인코더(absolute position encoder)가 알려져있다. 이와 같은 인코더는, 눈금자의 측정 차원(measuring dimension)을 따라 연속적으로 형성된 고유 위치 데이터를 갖는 하나의 트랙을 갖는 눈금자를 포함한다. 하지만, 이러한 절대 위치 인코더는 고유 데이터의 분해능 한계로 인해 정확한 위치를 제공하기 어렵다.
또한, 인크리맨탈 위치 인코더(incremental position encoder)은 두 물체의 상대 위치를 측정하는 장치이다. 인크리맨탈 스케일 인코더는 일정 간격으로 배치된 동일한 패턴을 인식하여 정확한 상대 위치를 제공할 수 있다. 하지만, 인크리맨탈 위치 인코더는 절대 위치를 제공할 수 없다.
따라서, 절대 위치와 정확한 위치를 제공하는 새로운 구조의 인코더가 요구된다.
본 발명의 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 절대 위치를 알 수 있는 절대 위치 인코더를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 방법은 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol) 및 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 스케일 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 제1 심볼은 서로 다른 구조의 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 서로 다른 구조의 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하고, 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출하고 상기 N 스테이지로 구성된 코드워드의 길이(cwd) 이상의 측정 폭(dw)에 대하여 감지 신호를 추출하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 3 배 이상이고, 상기 제1 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출하는 단계; 상기 합산 신호들을 이용하여 상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼의 중첩 영역을 특정하는 단계; 상기 중첩 영역을 기준을 하여 코드워드를 분석하여 대략 절대 위치 정보(coarse absolute position information)를 추출하는 단계; 및 상기 중첩 영역에 대응하는 상기 감지 신호를 이용하여 위상을 추출하여 상세 절대 위치 정보(fine absolute position information)를 추출하는 단계; 중에서 적어도 하나의 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 심볼(symbol)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 최대길이 시퀀스(Maximum legnth sequence)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 하나의 상기 중첩 영역에 대하여 2 개 또는 3 개의 감지 신호를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 서로 이격되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 연속적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감지 신호는 상기 스케일에서 반사된 광 신호일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 감지 신호는 상기 스케일을 투과한 광 신호일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 폭은 수 마크로미터 내지 수 밀리미터일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정용 스케일은 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol), 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된 스케일 패턴을 포함한다. 상기 제1 심볼은 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼은 적어도 하나의 바 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 최대길이 시퀀스(Maximum legnth sequence)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 서로 이격되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 연속적으로 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치는 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol) 및 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된 스케일 패턴을 포함하는 스케일; 상기 제1 심볼은 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하고, 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출하고 상기 N 스테이지로 구성된 코드워드의 길이(cwd) 이상의 측정 폭(dw)에 대하여 감지 신호를 측정하는 센서 어레이; 상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 3 배 이상이고, 상기 제1 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 제공하는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 처리부는 상기 합산 신호들을 이용하여 상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼의 중첩 영역을 특정하고, 상기 중첩 영역을 기준을 하여 코드워드를 분석하여 대략 절대 위치 정보(coarse absolute position information)를 추출하고, 상기 중첩 영역에 대응하는 상기 감지 신호를 이용하여 위상을 추출하여 상세 절대 위치 정보(fine absolute position information)를 추출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 절대 위치 측정 장치는 하나의 스케일 패턴 안에 절대 위치에 대한 정보를 제공한다. 또한, 절대 위치 측정 장치는 더욱 정밀한 위치를 제공하기 위하여 패턴의 위상을 추출하여 더욱 정밀한 절대 위치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 위치 측정 장치를 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의사 잡음 코드를 설명하는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 심볼 또는 제2 심볼을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 심볼 또는 제2 심볼을 적용한 스케일 패턴을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 8a는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 8b는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 비정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 9a는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 9b는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 비정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 심볼들을 나타내는 도면들이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 구성요소는 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 위치 측정 장치를 설명하는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 위치 측정 장치(100)는 스케일 패턴(112)이 형성된 스케일(110)과 상기 스케일 패턴(112)에 저장된 절대 위치 정보를 추출하는 감지부(120)를 포함할 수 있다.
상기 감지부(120)는 투과형 또는 반사형으로 제작될 수 있다. 상기 감지부(120)는 광원(122), 상기 스케일 패턴(112)에서 반사된 광을 집속하는 렌즈(124), 상기 집속된 광을 감지하는 센서 어레이(125), 상기 센서 어레이(125)의 데이터를 처리하는 처리부(126)를 포함한다. 상기 광원(122)의 출력광은 투명 창문(123)을 통하여 상기 스케일 패턴(112)에 광을 제공할 수 있다. 상기 스케일 패턴(112)은 이하 상세히 설명된다.
본 발명의 변형된 실시예에 따르면, 상기 스케일 패턴은 자기적인 방식으로 기록될 수 있다. 따라서, 상기 감지부는 자기 센서 어레이를 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 의사 잡음 코드를 설명하는 도면들이다.
도 3을 참조하면, 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 천이 레지스터(shift register,212)를 이용하여 발생된다. 최대 길이 시퀀스(maximum length sequence)는 주어진 N 개의 스테이지의 천이 레이지스터들을 이용하여 발생시킬 수 있는 시퀀스 중에서 최대 길이의 주기를 가지는 시퀀스이다. 예를 들어, 3 개의 스테이지인 경우, 최대 코드 길이는 7 이며, 최대 길이 시퀀스(maximum length sequence)의 주기는 9이다. 4 개의 스테이지인 경우, 최대 코드 길이는 15이며, 최대 길이 시퀀스(maximum length sequence)의 주기는 18이다. 또한, 12 개의 스테이지인 경우, 최대 코드 길이는 4095이고, 최대 길이 시퀀스(maximum length sequence)의 주기는 4106다. 최대 코드 길이에 대응하는 절대 위치가 표시될 수 있다.
예를 들어, 3 개의 스테이지인 경우, 최대 길이 시퀀스는 "111001011"일 수있고, 4 개의 스테이지인 경우, 최대 길이 시퀀스는 "111100010011010111"일 수 있다.
레지스터 값
코드워드		 절대 위치
111 1
110 2
100 3
001 4
010 5
101 6
011 7
N 개의 레지스터의 값들은 코드 워드(codeword)를 구성하고, 상기 코드 워드는 절대 위치를 나타낼 수 있다.
의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 다양하게 변형될 수 있다. 통상적으로, 스케일 패턴은 10 개 이상의 스테이지를 가지는 최대길이 시퀀스(maximum length sequence) 또는 골드 시퀀스(Gold sequence)로 형성될 수 있다.
설명의 간편함을 위하여, 3 개의 스테이지를 갖는 천이 레이지스터들에 의하여 발생된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 심볼 또는 제2 심볼을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 4의 제1 심볼 또는 제2 심볼을 적용한 스케일 패턴을 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 의사 잡음 코드는 스케일에 적용되기 위하여, 특정한 패턴 또는 심볼을 가질 필요가 있다. 상기 의사 잡음 코드가 스케일 패턴에 적용되면, 대략 절대 위치(coarse absoulte position)를 제공할 수 있다. 상기 스케일 패턴은 상기 의사 잡음 코드의 위상을 이용하여 정확한 위치를 특정하기 위하여 소정의 심볼을 사용한다.
구체적으로, 스케일 패턴(112)은 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀸스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된다. 상기 시퀸스의 값은 제1 심볼 또는 제2 심볼로 대체된다. 따라서, 절대 위치를 알기 위하여, 적어도 코드 워드의 길이 이상의 스케일 패턴의 판독이 필요하다. 상기 스케일 패턴은 단위 길이(d)를 가지고 반복적으로 배치된다. 상기 코드 워드는 N 스테이지(stage)의 천이 레지스터의 값에 의하여 결정된다.
제1 심볼(10)은 제1 폭(w)을 가지고 제1 상태("HIGH")를 나타낸다. 또한, 제2 심볼(20)은 상기 제1 폭(w)을 가지고 제2 상태("LOW")를 나타낸다. 상기 제2 심볼(20)은 상기 제1 심볼(10)과 다른 구조를 가진다. 상기 제1 폭(w)은 수 마이크로 미터 내지 수 밀리미터일 수 있다.
상기 제1 심볼(10)은 서로 다른 구조의 2 개 이상의 제1 심볼 영역들(11,12)로 분할된다. 상기 제2 심볼(20)은 서로 다른 구조의 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들(21,22)로 분할된다. 상기 제1 심볼(10)과 상기 제2 심볼(20)이 중첩된 경우, 동일한 구조를 가지는 중첩 영역(13a,23a,13c,23c)이 적어도 하나는 존재하도록 상기 제1 심볼(10) 및 제2 심볼(20)은 설계된다. 상기 제1 심볼(10) 및 상기 제2 심볼(20)은 바코드 형태를 가질 수 있다. 따라서, 상기 제1 심볼(10) 및 상기 제2 심볼(20)은 적어도 하나의 바 패턴(bar pattern)을 포함할 수 있다.
상기 제1 심볼 영역들(11,12)은 순서대로 백색 (1/3) w 패턴, 흑색 (2/3) w이다. 또한, 제2 심볼 영역들(21,22)의 폭은 순서대로 백색 (2/3) w, 흑색 (1/3) w이다. 따라서, 중첩 영역(13a,23a,13c,23c)은 서로 이격된 제1 중첩 영역(13a,23a)과 제2 중첩영역(13c,23c)을 포함한다. 상기 제1 중첩 영역(13a,23a)은 처음으로 나타나는 백색 (1/3)w 이고, 제2 중첩 영역(13c,23c)은 마지막으로 나타나는 흑색 (1/3) w이다. 최소 영역의 폭은 (1/3)w이다. 만약, 상기 제1 심볼(10)이 너무 많은 제1 심볼 영역들로 분할되면, 상기 제1 심볼(10)을 인식하기 위하여 많은 데이터가 필요하다. 따라서, 상기 제1 심볼(10) 및 상기 제2 심볼(10)은 최소 영역을 간격으로 3 분할되는 것이 바람직하다.
따라서, 상기 제1 심볼(10)은 연속적으로 배치된 백색 최소 영역(13a), 흑색 최소 영역(13b), 및 흑색 최소 영역(13c)으로 구성된다. 또한, 상기 제2 심볼(20)은 연속적으로 배치된 백색 최소 영역(23a), 백색 최소 영역(23b), 및 흑색 최소 영역(23c)으로 구성된다.
상기 제1 심볼(10)과 상기 제2 심볼(20)을 이용하여 상기 의사 랜덤 코드 또는 시퀸스를 대체하면, 스케일 패턴(112)이 형성된다. 절대 위치를 알기 위하여, 상기 코드 워드 이상의 상기 스케일 패턴(112)의 판독이 필요하다.
상기 스케일 패턴(112)은 센서 어레이(125)에 의하여 감지될 수 있다. 상기 센서 어레이(125)는 상기 스케일 패턴(112)의 진행방향으로 배열될 수 있다. 상기 센서 어레이(125)를 구성하는 단위 센서는 일정한 간격으로 상기 스케일 패턴(112)의 진행 방향으로 배열될 수 있다. 상기 단위 센서의 간격은 상기 최소 영역의 폭의 정수배일 수 있다. 따라서, 상기 센서 어레이(125)는 상기 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 획득할 수 있다.
상기 센서 어레이(125)는 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출할 수 있다. 또한, 상기 센서 어레이(125)의 측정 폭(dw)은 상기 N 스테이지로 구성된 코드 워드의 길이(cwd) 이상에 대응할 수 있다. 상기 센서 어레이(125)는 감지 신호를 출력할 수 있다.
상기 제1 심볼(10)과 상기 제2 심볼(20)은 중첩 영역을 가지고 있다. 따라서, 상기 중첩 영역은 상기 스케일 패턴(112)을 따라 주기적으로 나타난다. 또한, 상기 제1 심볼(10)의 폭과 상기 제2 심볼(20)의 폭은 제1 폭(w)으로 같다. 따라서, 상기 측정 폭(dw) 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 수집된 데이터를 합산하면, 상기 중첩 영역은 확인될 수 있다.
구체적으로, 제1 폭(w)은 상기 최소 영역의 폭의 3 배일 수 있고, 제1 심볼(10)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할된다. 상기 제2 심볼(20)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할된다.
상기 측정 폭(dw)의 범위 내에서 상기 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터가 수집된 경우, 상기 제1 폭(w)의 간격으로 수집된 감지 신호를 합산하여 합산 신호들이 추출된다. 상기 센서 어레이(112)의 길이가 상기 코드 워드의 길이(cwd)와 동일하고, 상기 센서 어레이(112)의 선두 위치가 상기 스케일 패턴(112)의 초기 위치와 일치한 경우, 상기 합산 신호들은 0,3,3일 수 있다. 상기 센서 어레이(125)가 우측으로 상기 최소 영역의 폭을 단위로 이동함에 따라, 상기 합산 신호들은 다음과 같이 표시될 수 있다. 0,3,3/3,3,0/3,0,2/0,2,3/2,3,0/3,0,1/0,1,3/1,3,0/3,0,1/...
따라서, 합산 신호들의 값이 0 또는 3인 위치가 중첩 영역의 위치이다. 따라서, 특히, 0은 소정의 합산 신호들에 대하여 1회 발생하며, 3은 소정의 합산 신호들에 대하여 1회 또는 2회 발생할 수 있다. 합산 신호의 값이 3인 경우, 이를 기준으로 중첩 영역을 확인하기 위하여, 상기 센서 어레이(125)의 길이 또는 측정 폭(dw)은 증가될 수 있다.
예를 들어, 상기 센서 어레이(125)의 길이는 하나의 상기 코드 워드의 길이(cwd)에 정수배(n)의 제1 폭(w)을 더한 것 일 수 있다. dw= cwd + n x w . 여기서는 n은 영(zero) 이상의 양의 정수이다.
이에 따라, 실험적 또는 이론적으로 확인된 소정의 길이를 가진 상기 센서 어레이의 합산 신호들은 상기 중첩 영역을 찾을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 장치를 설명하는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측정 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 하나의 최소 영역에 대하여, 1 개의 센서가 배치된다. 즉, 스케일 패턴의 각각의 최소 영역에 대하여 1 개의 감지 신호가 측정된다(S110). 이 경우, B1은 제1 최소 영역에 대응하는 감지 신호이고, B2는 제2 최소 영역에 대응하는 감지 신호이다.
상기 제1 감지 신호, 제 4 감지 신호, 및 제7 감지 신호는 합산기(127)에 제공되고, 제1 합산 신호(A1)를 출력할 수 있다. 상기 감지 신호들(B1~B9) 및 상기 합산 신호들(A1~A3)은 보조 처리부(128)에 제공되어 다양하게 연산 및 처리될 수 있다.
중첩 영역을 찾기 위하여 합산 신호를 확인한다(S112). 따라서, 제1 합산 신호(A1)는 감지 신호(B1,B4,B7)의 합이고, 제2 합산 신호(A2)는 감지신호(B2, B5, B8)의 합이고, 제3 합산 신호(A3)는 감지신호(B3,B6,B9)의 합이다. 이 경우, A1=0,A3=3,A5=3일 수 있다. 따라서, A1=0인 것을 통하여, 제1 최소 영역이 중첩 영역임을 알 수 있다. 이어서, 감지 신호 (B1~B9)을 이용하여, 코드 워드를 알 수 있다. 상기 코드 워드는 테이블을 통하여 대략 절대 위치를 제공할 수 있다(S115,S116).
상기 중첩 영역의 위치가 상기 제1 폭의 범위 내에서 알려진 경우, 감지 신호(B1~B9)는 상기 코드 워드로 해석될 수 있다. 예를 들어, 연속적인 3 개의 심볼은 하나의 코드 워드를 구성하고, 상기 코드 워드는 "111"이다. 따라서, 상기 코드워드는 메모리에 저장된 테이블과 비교하여 대략 절대위치로 환산될 수 있다. 하지만, 상기 대략 절대 위치는 정밀도가 떨어진다. 따라서, 상기 중첩 영역과 측정된 데이터를 이용하여 정밀한 위치 특정이 요구된다.
상기 스케일과 상기 센서 어레이가 정렬된 상태에서의 감지신호와 비정렬된 상태에서의 감지신호 사이의 위상 계산을 위하여, 판독된 코드 워드를 기준으로, 정렬된 상태의 예측 감지 신호들이 생성될 수 있다. 즉, 위상 계산 위치가 결정될 수 있다(S117). 이에 따라, 상기 예측 감지 신호들과 상기 측정된 감지 신호들의 사이의 위상이 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다(S118). 상기 위상과 상기 대략 절대 위치는 서로 결합하여, 상세 절대 위치를 제공할 수 있다(S119). 상기 위상을 이용한 상세 절대 위치의 정밀도는 상기 최소 영역의 폭의 수 백분의 1 정도일 수 있다.
도 8a는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 8b는 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 비정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 8a를 참조하면, 상기 스케일 패턴은 투명 부분(0)과 불투명 부분(1)을 포함할 수 있다. 측정된 감지신호(B1~B9)는 스케일 패턴을 투과한 광신호이다. 이 경우, 감지 신호(B1~B9)는 감지 신호 패턴(114)으로 피팅될 수 있다. 상기 감지 신호 패턴(114)은 측정된 감지 신호를 이용하여 이미 알려진 코드 워드에 대응되도록 형성될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 측정된 감지 신호를 이용하여 코드 워드는 해석될 수 있다. 측정된 감지 신호가 기준 신호(referece signal)보다 클 경우, 상기 감지 신호는 LOW 상태로 인식될 수 있으며, 상기 측정된 감지 신호가 기준 신호보다 작을 경우, 상기 감지 신호는 HIGH 상태로 인식될 수 있다.
한편, 제8 감지 신호(B8), 및 제9 감지 신호(B9)는 제1 감지 신호(B1)에 대한 보조 정보를 제공할 수 있다. 제8 감지 신호(B8), 및 제9 감지 신호(B9)는 제2 심볼을 참조하여 관련된 제2 상태를 제공할 수 있다. 또한, 제1 감지 신호(B1)는 제1 심볼의 구조 및 시퀀스를 참조하여 관련된 제1 상태를 제공할 수 있다.
측정된 감지 신호(B1~B9)는 감지 신호 패턴(114)으로 피팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 신호 패턴의 최고점에 대하여, 상기 센서 어레이(125)와 상기 스케일 패턴(112)의 정렬 상태에 따라, 측정된 감지 신호(B1~B9)는 차이를 보인다. 이 차이는 상기 센서 어레이(125)와 상기 스케일 패턴(112)의 정렬 상태에 따른 위상(φ)을 나타낸다. 상기 위상(φ)은 추가적으로 상기 대략 절대 위치에 추가적인 상대 위치 정보를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상(φ)과 상기 대략 절대 위치는 결합하여 절대 위치가 제공될 수 있다. 상기 위상(φ)은 종래의 위상 추적 알고리즘을 통하여 계산될 수 있다.
정렬된 상태에서의 감지신호와 비정렬된 상태에서의 감지신호 사이의 위상을 위하여, 판독된 코드 워드를 기준으로, 정렬된 상태의 예측 감지 신호들이 생성될 수 있다. 즉, 위상 계산 위치가 결정될 수 있다. 이에 따라, 상기 예측 감지 신호들과 상기 측정된 감지 신호들의 사이의 위상이 계산될 수 있다.
도 9a는 하나의 최소 영역에 대하여 2 개의 센서가 배치된 경우 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 9b는 하나의 최소 영역에 대하여 2 개의 센서가 배치된 경우 센서 어레이가 상기 스케일 패턴과 비정렬된 경우를 설명하는 도면이다.
도 9a를 참조하면, 상기 스케일 패턴은 반사 부분(0)과 흡수 부분(1)을 포함할 수 있다. 측정된 감지신호(B1~B18)는 스케일 패턴(112)에서 반사된 광신호이다. 이 경우, 감지 신호(B1~B18)는 감지 신호 패턴(114)으로 피팅될 수 있다. 상기 감지 신호 패턴(114)은 측정된 감지 신호를 이용하여 이미 알려진 코드 워드에 대응되도록 형성될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 합산신호는 B1, B7, B13을 이용하여 구해질 수 있다. 이를 통하여, 중복 영역이 확인되면, 측정된 감지 신호를 이용하여 코드 워드는 해석될 수 있다. 예를 들어, 측정된 감지 신호(B1와 B2의 평균값)이 기준 신호보다 작을 경우, 상기 감지 신호(B1,B2)는 LOW 상태로 인식될 수 있으며, 상기 측정된 감지 신호(B3와 B3의 평균값)가 기준 신호보다 클 경우, 상기 감지 신호는 HIGH 상태로 인식될 수 있다.
측정된 감지 신호(B1~B18)는 감지 신호 패턴(114)으로 피팅될 수 있다. 예를 들어, 상기 감지 신호 패턴(114)의 특정 최소점에 대하여, 상기 센서 어레이와 상기 스케일 패턴의 정렬 상태에 따라, 측정된 감지 신호는 차이를 보인다. 이 차이는 상기 센서 어레이(125)와 상기 스케일 패턴(112)의 정렬 상태에 따른 위상(φ)을 나타낸다. 상기 위상(φ)은 추가적으로 상기 대략 절대 위치에 추가적인 상대 위치 정보를 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 위상(φ)과 상기 대략 절대 위치는 결합하여 상세 절대 위치를 제공할 수 있다. 상기 위상(φ)은 상기 최소 영역의 범위 내에서 위상을 제공할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 심볼을 설명하는 도면이다.
도 10을 참조하면, 상기 제1 심볼(10a)은 서로 다른 구조의 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼(20a)은 서로 다른 구조의 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼(10a)과 상기 제2 심볼(20a)이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하고, 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출하고 상기 N 스테이지로 구성된 코드워드의 길이(cwd) 이상의 측정 폭(dw)에 대하여 감지 신호를 추출한다. 상기 중첩 영역은 1개 존재한다.
상기 제1 폭(w)은 상기 최소 영역의 폭의 3 배이고, 상기 제1 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출한다. 상기 제1 심볼은 백색 (1/3)w, 흑색 (1/3) w, 및 백색 (1/3) w로 구성될 수 있다. 또한, 제2 심볼은 백색 (2/3)w, 흑색 (1/3) w로 구성될 수 있다. 다만, 이 경우, 중복 영역을 확인하기 위하여, 센서 어레이의 길이는 코드 워드의 길이보다 같거나 길어야 한다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 심볼들을 나타내는 도면이다.
도 11을 참조하면, 제1 폭은 최소 영역의 폭의 4 배이고, 상기 제1 심볼(10b)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 4 분할되고, 상기 제2 심볼(20b)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 4 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출한다. 상기 제1 심볼은 흑색 (1/4)w, 백색 (1/2) w, 및 흑색 (1/4) w로 구성될 수 있다. 또한, 제2 심볼은 백색 (3/4)w, 흑색 (1/4) w로 구성될 수 있다. 중첩 영역(흑색 (1/4) w, 흑색 (1/4) w)은 서로 연속하여 배치된다.
다만, 이 경우, 중복 영역을 확인하기 위하여, 센서 어레이의 길이는 코드 워드의 길이보다 같거나 길어야 한다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 심볼들을 나타내는 도면이다.
도 12를 참조하면, 상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 5 배이고, 상기 제1 심볼(10c)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 5 분할되고, 상기 제2 심볼(20c)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 5 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출한다. 상기 제1 심볼(10)은 백색 (1/5)w, 흑색 (2/5) w, 및 백색 (2/5)w로 구성될 수 있다. 또한, 제2 심볼(20)은 흑색 (2/5)w, 백색 (3/5) w로 구성될 수 있다. 다만, 이 경우, 중복 영역을 확인하기 위하여, 센서 어레이의 길이는 코드 워드의 길이보다 같거나 길어야 한다. 중첩 영역은 서로 이격되어 배치된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 심볼들을 나타내는 도면이다.
도 13을 참조하면, 상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 6 배이고, 상기 제1 심볼(10d)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 6 분할되고, 상기 제2 심볼(20d)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 6 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출한다. 상기 제1 심볼(10)은 백색 (2/3)w, 흑색 (1/3) w로 구성될 수 있다. 또한, 제2 심볼(20)은 백색 (1/2)w, 흑색 (1/3) w, 및 백색 (1/6)w로 구성될 수 있다. 중첩 영역은 서로 이격되어 배치된다. 다만, 이 경우, 중복 영역을 확인하기 위하여, 센서 어레이의 길이는 코드 워드의 길이보다 같거나 길어야 한다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.
100: 절대 위치 측정 장치
110: 스케일
112: 스케일 패턴
120: 처리부
125: 센서 어레이
10: 제1 심볼
20: 제2 심볼

Claims (17)

  1. 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol) 및 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 스케일 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 심볼은 서로 다른 구조의 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 서로 다른 구조의 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하고, 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출하고 상기 N 스테이지로 구성된 코드워드의 길이(cwd) 이상의 측정 폭(dw)에 대하여 감지 신호를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 3 배 이상이고, 상기 제1 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 추출하는 단계;
    상기 합산 신호들을 이용하여 상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼의 중첩 영역을 특정하는 단계;
    상기 중첩 영역을 기준을 하여 코드워드를 분석하여 제1 절대 위치 정보를 추출하는 단계; 및
    상기 중첩 영역에 대응하는 상기 감지 신호를 이용하여 위상을 추출하여 제2 절대 위치 정보를 추출하는 단계; 중에서 적어도 하나의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 심볼(symbol)은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할되고,
    상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 3 분할되는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 최대길이 시퀀스(Maximum legnth sequence)인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  5. 제2 항에 있어서,
    하나의 상기 중첩 영역에 대하여 2 개 또는 3 개의 감지 신호를 가지는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 연속적으로 배치된 것을 특징으로 하는 위치 측정 방법.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 감지 신호는 상기 스케일에서 반사된 광 신호인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  9. 제2 항에 있어서,
    상기 감지 신호는 상기 스케일을 투과한 광 신호인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  10. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 폭은 수 마크로미터 내지 수 밀리미터인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 방법.
  11. 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol), 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된 스케일 패턴을 포함하고,
    상기 제1 심볼은 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정용 스케일.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼은 적어도 하나의 바 패턴을 포함하는 것을 특징으로 절대 위치 측정용 스케일.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)는 최대길이 시퀀스(Maximum legnth sequence)인 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정용 스케일.
  14. 제11 항에 있어서,
    상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 서로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정용 스케일.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 중첩 영역은 2 개이고, 상기 중첩 영역으로 연속적으로 배치된 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정용 스케일.
  16. 제1 폭을 가지고 제1 상태를 나타내는 제1 심볼(symbol) 및 상기 제1 폭을 가지고 제2 상태를 나타내는 제2 심볼을 이용하여 N 스테이지(stage)의 선형 피드백 천이 레지스터의 시퀀스를 가지고 반복적으로 배치된 의사 잡음 코드(Pseudo-random-code)를 대체하여 형성된 스케일 패턴을 포함하는 스케일;
    상기 제1 심볼은 2 개 이상의 제1 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제2 심볼은 2 개 이상으로 제2 심볼 영역들로 분할되고, 상기 제1 심볼과 상기 제2 심볼이 중첩되어 동일한 구조를 가지는 중첩 영역이 적어도 하나는 존재하고, 상기 중첩 영역, 상기 제1 심볼 영역들, 및 제2 심볼 영역들 중에서 가장 작은 최소 영역에 대하여 적어도 하나의 데이터를 추출하고 상기 N 스테이지로 구성된 코드워드의 길이(cwd) 이상의 측정 폭(dw)에 대하여 감지 신호를 측정하는 센서 어레이;
    상기 제1 폭은 상기 최소 영역의 폭의 3 배 이상이고, 상기 제1 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 제2 심볼은 상기 최소 영역으로 등간격으로 분할되고, 상기 측정 폭의 범위 내에서 상기 제1 폭의 간격으로 측정된 상기 감지 신호를 합산하여 합산 신호들을 제공하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 합산 신호들을 이용하여 상기 제1 심볼 및 상기 제2 심볼의 중첩 영역을 특정하고, 상기 중첩 영역을 기준을 하여 코드워드를 분석하여 제1 절대 위치 정보를 추출하고, 상기 중첩 영역에 대응하는 상기 감지 신호를 이용하여 위상을 추출하여 제2 절대 위치 정보를 추출하는 것을 특징으로 하는 절대 위치 측정 장치.
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