KR101522701B1 - 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 적어도 하나의 광학렌즈를 포함하는 페라이트 재질의 경통, 및 경통을 통해 입사되는 상을 촬영하는 촬상소자를 구비한 카메라; 경통에 감겨진 코일을 포함하는 인덕터, 및 커패시터를 포함하는 공진회로; 카메라를 마주보는 위치에 배치되며 감지영역을 구비한 센서보드; 감지영역 내에 배치되며, 양단을 갖는 도선이 감아진 형태인 센서코일을 포함하고, 센서코일에서 제1 전자기장을 방출하도록 코일 드라이버의 동작을 제어하고, 공진회로가 제1 전자기장에 의해 에너지를 생성하고 생성된 에너지에 의해 자체적으로 제2 전자기장을 방출함에 따라, 제2 전자기장에 의해 비교기에서 출력되는 전위차에 기초하여 광학렌즈의 위치를 판단하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 개시한다.

Description

비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템{LENS LOCATION DETECTING SYSTEM}

본 발명은, 비접촉식으로 광학렌즈의 2차원 위치를 탐지하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 특히, 페라이트 코어 등과 같은 자계 물질로 가공된 광학계에 코일을 감아 비접촉으로 광학계의 중심에 대한 2차원 위치를 측정할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

전자펜과 같은 물체에 공진회로를 내장시키고, 내장된 공진회로로부터 방출되는 전자기장을 감지하여, 소정의 감지영역에 대한 전자펜의 위치를 판단하는 장치 및 방법이 개발되고 있다.

예를 들면, 공개특허 10-2009-26728호(명칭: 위치 검출 장치 및 위치 검출 방법)(이하, 종래 기술)를 참조하면, 위치 지시기의 지시 위치를 검출하기 위한 위치 검출 방법으로서, 위치 검출 장치에 설치된 위치 검출 영역의 둘레부에 배치된 여자 코일에 의하여 상기 위치 지시기에 대하여 여자 신호를 공급하고, 상기 위치 지시기로부터 상기 여자신호에 의거하여 송출된 교류 신호를 상기 위치 검출 영역에 있어서 검출함으로써 상기 위치 검출 장치 상에 있어서의 상기 위치 지시기의 지시 위치를 검출하는 위치 검출 장치 및 방법을 개시하고 있다.

한편, 일반적으로, 광학렌즈를 사용하여 고배율로 피사체를 확대하여 조망하거나 촬영하는 광학 시스템에 있어서 광학렌즈와 피사체의 상대적인 위치를 조정하는 방법은, 광학렌즈가 바라보는 위치에서 촬영된 영상을 소프트웨어에 의해 분석하거나 광학렌즈를 통해 보이는 영상을 조작자가 직접 확인한 후 피사체가 놓여진 이송 테이블을 위치조정하는 방식으로 이루어졌다.

이는, 카메라에서 촬영한 영상을 처리하기 위한 절차가 추가되어 위치 조정의 시간이 오래 걸리고, 또한, 조작자가 직접 조정하는 경우에는 수동 조작에 의해 위치 조정에 상당히 긴 시간이 소요될 수 있다는 단점이 있다.

공개특허 10-2009-26728호

따라서, 본 발명은, 전자기 유도 방식으로 전자펜의 위치를 측정하는 종래 기술에 따른 시스템의 원리를 기반으로, 피사체를 조망하는 광학렌즈의 위치를 직접 정확하게 파악할 수 있는 위치 탐지 시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

즉, 카메라의 위치를 직접 측정하고자 하는 시스템에 있어서, 이송 장치 또는 피사체의 위치를 간접적으로 유추하지 않고, 비접촉 방식으로 카메라, 특히 광학렌즈의 위치를 정확하게 탐지할 수 있는 시스템을 제공하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템은, 적어도 하나의 광학렌즈를 포함하는 페라이트 재질의 경통, 및 상기 경통을 통해 입사되는 상을 촬영하는 촬상소자를 구비하고 수평 이동 가능한 카메라; 상기 경통에 감겨진 코일을 포함하는 인덕터, 및 커패시터를 포함하는 공진회로; 상기 카메라를 마주보는 위치에 배치되며 감지영역을 구비한 센서보드; 상기 감지영역 내에 배치되며, 양단을 갖는 도선이 감아진 형태인 센서코일; 상기 양단이 연결될 때 상기 양단의 전위차를 출력하는 비교기; 상기 양단이 연결될 때 상기 양단에 소정의 구동 전압을 인가하는 코일 드라이버; 상기 양단을 상기 비교기 또는 상기 코일 드라이버에 연결시키는 스위칭 소자; 및 상기 센서코일에서 제1 전자기장을 방출하도록 상기 코일 드라이버의 동작을 제어하고, 상기 공진회로가 상기 제1 전자기장에 의해 에너지를 생성하고 생성된 에너지에 의해 자체적으로 제2 전자기장을 방출함에 따라, 상기 제2 전자기장에 의해 상기 비교기에서 출력되는 전위차에 기초하여 상기 광학렌즈의 위치를 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 센서코일은 센서보드에 복수 개가 분포 배치되고, 상기 제어부는, 복수 개의 상기 센서코일 중 하나씩을 임의의 순서로 상기 비교기에 연결시키고, 상기 비교기에서 출력하는 상기 전위차가 가장 큰 센서코일을 식별하고, 식별된 상기 센서코일의 배치된 위치에 기초하여 상기 광학렌즈의 상기 센서보드에 대한 좌표를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서코일 중 적어도 어느 하나와 또다른 어느 하나는, 서로 절연된 상태로 중첩된 것을 특징으로 한다.

또한, 복수개의 상기 센서코일은, 제1 방향으로 긴 형태이고 제2 방향으로 나란히 배치된 제1 센서코일들과, 제2 방향으로 긴 형태이고 제1 방향으로 나란히 배치된 제2 센서코일들을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 센서코일 중 어느 하나에서 감지되는 전위차와 상기 제2 센서코일 중 어느 하나에서 감지되는 전위차에 기초하여, 상기 광학렌즈의 2차원 위치를 판단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 센서코일은, 기판의 표면에 'Ω' 형태 또는 소용돌이 형태로 전도성 재질을 인쇄하여 형성된 패턴인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인덕터의 코일은 별도의 페라이트 코어에 감겨져 형성되고, 상기 인덕터는 상기 경통의 외부에 부착되는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 구성을 이루어지는 본 발명에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템은, 피사체를 조망하는 광학렌즈의 위치를 직접 정확하게 파악할 수 있는 위치 탐지 시스템을 제공할 수 있다.

특히, 간단한 패턴 구성으로도 자체 전원을 구비하지 않은 공진회로에 에너지를 제공할 수 있으며, 경통에 형성된 공진회로의 전자기장 방출 위치를 비접촉식으로 탐지함으로써, 경통의 위치, 즉, 피사체를 바라보는 광학렌즈의 위치를 정확히 특정할 수 있게 된다.

도 1은 위치 탐지 시스템의 구성 및 원리를 설명하기 위한 구성도이다.
도 2는 도 1의 각 지점에서 감지되는 신호의 파형을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 복수의 센서코일을 이용하여 공진회로의 위치를 탐색하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 센서코일의 배치 형태에 대한 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 상술한 실시예에서 경통에 인덕터를 형성하는 방식에 대한 예시를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 위치 탐지 시스템의 구성 및 원리를 설명하기 위한 구성도이다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템은, 센서코일(110)과, 비교기(140)와, 코일 드라이버(130)와, 스위칭 소자(120)와, 제어부(150)를 포함하여 이루어진다.

이때, 위치 탐지 시스템의 위치 탐지 대상이 되는 전자기장은, 공진회로(200)로부터 출력될 수 있다. 공진회로(200)는, 적어도, 인덕터를 포함한다. 또한, 공진회로(200)는 커패시터를 포함할 수 있으며, 인덕터와 커패시터가 서로간에 공진할 수 있도록 연결될 수 있다.

이러한 구성에서, 공진회로(200)에는 외부로부터 작용하는 전자기장(즉, 센서코일에서 방출하는 전자기장으로서, 제1 전자기장)에 의해 여기되어 유도 전압이 발생한다. 발생한 유도 전압은 커패시터에 저장될 수 있다. 그리고, 제1 전자기장이 제거되거나 약화되어 생성되는 유도 전압이 커패시터에 저장된 에너지보다 작아지면, 커패시터에 저장된 에너지에 의해 인덕터와 공진하여 자체적으로 전자기장(즉, 제2 전자기장)을 방출하게 된다.

센서코일(110)은, 양단을 갖는 도선이 감아진 형태로 구성되며, 구동 전압이 입력되면 소정 주파수의 전자기장을 방출하고(제1 전자기장), 외부로부터 작용하는 전자기장(즉, 공진회로에서 방출하는 전자기장으로서, 제2 전자기장)에 의해 여기되어 유도 전압을 발생시킨다.

센서코일(110)은, 예를 들면, 평면 또는 곡면의 기판의 어느 표면에 형성될 수 있으며, 가상의 영역의 둘레를 1바퀴 이상 완전하게 감은 형태일 수 있으며(도 1 참조), 감겨진 형태이지만 완전한 1바퀴를 감지 못한 'Ω' 문자를 닮은 형태(도 3(a) 참조)일 수도 있다. 또한, 동심을 가지며 반지름이 계속 변화하는 소용돌이 형태로 구성될 수 있다.

또한, 센서코일(110)은, 소정의 지름을 갖는 와이어를 감아서 형성할 수도 있으며, 전도성 재질을 기판의 표면에 인쇄하거나 도포하는 방식으로 형성될 수도 있다. 또는, 절연 기판에 전도성 재질을 전체에 도포한 후 원하는 패턴 이외의 부분을 식각하여 제거함으로써 센서코일(110)의 형태를 구성할 수도 있다.

비교기(140)는, 적어도 2개의 입력과 적어도 1개의 출력을 가질 수 있다. 비교기(140)는 각 입력에 인가되는 전압을 서로 비교하여 비교의 결과값인 비교 전압(Vout)을 출력할 수 있다. 비교기(140)의 입력에는, 제어부(150)의 제어에 따라 선택적으로, 센서코일(110)의 양단이 각각 연결될 수 있다.

비교기의 출력단에는 소정의 스위칭 수단과 커패시터가 구비될 수 있다. 이 스위칭 수단은 특정 시점에 온되어, 해당 시점에서의 비교 전압을 커패시터에 인가하도록 동작하는 것으로서, 특정 시점의 비교 전압을 샘플링하기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 한편, 스위칭 수단에 연결된 커패시터는 전하를 충전하기 위한 것으로서, 스위칭 수단에 의해 샘플링된 전압의 크기를 홀드하기 위한 목적으로 사용될 수 있다.

코일 드라이버(130)는, 소정의 전원으로부터 입력되는 전력을 이용하여 구동 전압을 생성하고, 생성된 구동 전압을 제어부(150)의 제어에 따라 센서코일(110)에 인가한다. 구동 전압은, 예를 들면, 소정의 주파수를 갖는 교류 전압일 수 있다. 또한, 구동 전압의 주파수는, 공진회로의 공진 주파수와 유사하게 설정될 수 있다.

스위칭 소자(120)는, 제어부(150)에 의해 동작이 제어될 수 있으며, 센서코일(110)의 양단을 비교기(140)에 연결시키거나 또는 코일 드라이버(130)에 연결시킨다.

스위칭 소자(120)는, 아날로그 스위치 어레이 또는 하나 또는 복수의 멀티플렉서 등을 이용하여 구현될 수 있다. 스위칭 소자는, 본 발명에서 제시하는 기능을 제공할 수 있는 것이라면, 어떠한 소자 및 그들의 조합을 이용하여 다양하게 설계될 수 있다.

제어부(150)는, 센서코일(110)로부터 제1 전자기장이 방출되고, 제2 전자기장에 의해 여기되어 센서코일(110)에 발생한 유도 전압을 감지할 수 있도록, 코일 드라이버(130) 및 스위칭 소자(120)의 동작을 제어한다.

먼저, 센서코일(110)에서 외부로 전자기장(제1 전자기장)을 방출하는 동작 모드를 "에너지 공급 모드"라고 정의하고, 이 모드에서, 제어부(150)는, 스위칭 소자(120)를 제어하여 센서코일(110)의 양단이 코일 드라이버(130)의 전압 출력측에 연결되도록 한다. 그리고, 센서코일(110)에 구동 전압을 인가하도록 코일 드라이버(130)를 제어한다.

이러한 설정에 의해, 센서코일(110)에서 제1 전자기장을 외부로 방출할 수 있게 된다. 방출되는 제1 전자기장은 공진회로(200)에 에너지를 공급한다. 즉, 공진회로의 인덕터에서 제1 전자기장에 동기하여 공진하게 되고, 공진에 따라 유도 전압이 생성된다.

한편, 에너지 공급 모드로 동작하는 시간과는 개별적인 시간 동안에, 공진회로(200)로부터 방출되는 전자기장(제2 전자기장)을 수신하여 공진회로(200)의 접근 여부를 감지하는 "전자기장 감지 모드"라고 정의하고, 이 모드에서, 제어부(150)는, 스위칭 소자(120)를 제어하여, 센서코일(110)의 양단이 비교기(140)의 입력에 연결되도록 한다. 그리고 비교기(140)에서 출력되는 비교 전압(Vout)을 이용하여 현재 선택된 센서코일(110)에 공진회로(200)가 접근하였는지를 판단할 수 있다. 또한, 다수의 센서코일이 구성되었다면, 하나씩의 센서코일을 임의의 순서대로 연결하여 각 경우에서의 비교기(140)의 비교 전압(Vout)을 이용함으로써, 1차원적 좌표 또는 2차원적 좌표를 획득할 수 있다.

즉, 예를 들면, 센서코일(110)은 제1 방향(예를 들면, X축 방향)으로 긴 형태이고 제2 방향(예를 들면, Y축 방향)으로 나란히 배치된 복수의 제1 센서코일들(도시하지 않음)과, 제2 방향으로 긴 형태이고 제1 방향으로 나란히 배치된 복수의 제2 센서코일들(도 3 참조)을 포함할 수 있다.

센서코일(110)들은, 나란히 배치된 인접한 센서코일과 서로 중첩할 수도 있으며, 중첩하지 않도록 배치될 수도 있다. 중첩되는 경우에는, 각 센서코일들은 서로 절연되어야 한다.

그리고, 제어부(150)에서, 제1 센서코일들 중의 하나씩을 임의의 순서대로 선택하고 각 시점에서의 비교기(140)의 출력인 비교 전압(Vout)을 이용하여 공진회로(200)에 가장 가까이에 위치하는 제1 센서코일을 확인할 수 있다. 또한, 제어부(150)에서는, 제2 센서코일들 중의 하나씩을 임의의 순서대로 선택하고 각 시점에서 비교기(140)의 비교 전압(Vout)을 이용하여 공진회로(200)에 가장 가까이에 위치하는 제2 센서코일을 확인한다.

그리고, 확인된 제1 센서코일 및 제2 센서코일의 위치를 이용하여 공진회로(200)의 위치에 대한 2차원 좌표를 획득할 수 있다.

한편, 공진회로(200)의 위치를 판정하기 위하여 배치되는 센서코일(110)의 형태는, 상술한 바와 같이, 긴 형태를 나란히 배치하는 것뿐만 아니라, 다양한 방식의 배치가 가능하다.

또한, 각 구역의 경계 부위에는 경계를 이루는 인접한 센서코일들에 걸쳐 중첩된 또다른 센서코일을 배치하여, 경계 부분에서의 감지 정밀도 하락을 보완할 수 있다.

도 2는 도 1의 각 지점에서 감지되는 신호의 파형을 개략적으로 도시한 도면이다. 도면은 단지 개략도로서, 파형의 형태, 진폭, 주파수 등은 단지 예시일 뿐이다.

도 2(a)는, 도 1에 있어서 코일 드라이버(130)에서 센서코일(110)에 인가하는 구동 전압(V1)의 파형을 보여준다. 구동 전압은, 일례로서, 소정의 주파수(f0)를 갖는 구형파일 수 있다. 파형은, 센서코일(110)에서 제1 전자기장을 방출하도록 구동 전압을 인가하는 발신 구간과, 전압의 인가가 정지된 수신 구간으로 구성된다. 발신 구간은 에너지 공급 모드에 해당하고, 수신 구간은 전자기장 감지 모드에 해당한다.

도 2(b)는, 코일 드라이버(130)에서 인가하는 구동 전압이 센서코일(110)에 인가된 후 센서코일의 양단에서 나타나는 전압의 파형을 보여준다. 코일 드라이버(130)에서는 구형파의 구동 전압을 인가하지만, 감겨진 형태의 센서코일(110)에 형성되는 인덕턴스에 의해 전압(V2)은 발신 구간에서는 진폭이 서서히 계속 커지다가, 구동 전압이 정지되는 시점으로부터 진폭이 서서히 작아진다.

한편, 센서코일(110)에서 방출하는 제1 전자기장의 파형도 발신 구간에서의 전압(V2)의 파형과 유사하다.

이어서, 전압(V2)은 다시 상승하여 맥동하는 것으로 나타난다. 이 맥동은, 공진회로(200)에서 발신하는 제2 전자기장에 의해 유도된 유도 전압이다. 그리고, 이 유도 전압의 특정 시점에서의 샘플링된 전압(S)이 비교 전압(Vout)으로 나타나게 된다.

도 2(c)는, 센서코일(110)에서 방출하는 제1 전자기장에 의해서 공진회로(200)에 여기되는 유도 전압(V3)의 파형을 보여준다. 발신 구간에서는 유도 전압(V3)의 크기가 전압(V2)에 비해 더 서서히 증가한다. 그리고, 구동 전압(V1)이 중단되면, 유도 전압(V3)은 전압(V2)보다 더 서서히 감소한다.

이렇게 서서히 감소하는 유도 전압(V3)에 의해 공진회로(200)에서는 제2 전자기장을 방출하게 되고, 이는 다시 센서코일(110)에 의해 유도 전압으로서 감지되어 비교기(140)의 입력에 인가될 수 있다.

도 3은 복수의 센서코일을 이용하여 공진회로의 위치를 탐색하는 방법을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 3(a)에서는, 일례로써, 제2 방향(Y축 방향)으로 긴 형태로의 센서코일들(110X)이 제1 방향(X축 방향)을 따라 나란히 배치되어 있는 형태를 보여준다.

한편, 센서코일은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 방향으로 긴 형태의 센서코일들(110Y)이 제2 방향으로 나란히 배치되어, 상기 센서코일(110X)과 서로 교차하는 형태로 추가될 수도 있다.

이때, 각 센서코일들의 양단들은, 스위칭 소자(120)에 연결될 수 있으며, 스위칭 소자(120)는 하나씩의 센서코일(110)의 각 양단을 선택하여 비교기(140)의 입력측에 연결시키게 된다.

하나의 센서코일(110)의 양단을 비교기(140)에 연결시키고, 비교기(140)의 비교 전압(Vout)이 확인되면, 다음번 센서코일의 양단이 비교기(140)에 연결되고 이때의 비교 전압(Vout)이 확인된다. 이렇게, 하나씩의 센서코일(110)을 특정의 순서에 따라 선택하여 그때의 비교 전압(Vout)을 확인함으로써, 공진회로(200)에 가장 가까운 위치의 센서코일을 특정할 수 있게 된다('스캔한다' 라고 한다).

도 3(b)은, 공진회로가 임의의 위치에 고정된 상태에서 각 센서코일마다의 비교 전압을 샘플링하여 획득한 비교 전압(Vout)의 크기를 보여주는 도면이다. 비교 전압은, 공진회로(200)에 가까은 센서코일일수록 커지고, 멀어질수록 작아진다. 이로써, 최대 전압(Vpeak)을 출력하는 센서코일의 위치를 공진회로(200)의 위치로 판단할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 센서코일(110)과 코일 드라이버(130)와 비교기(140)와 스위칭 소자(120)와 제어부(150)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템은, 특정 표면(즉, 센서보드의 표면)을 기준으로 공진회로(200)의 위치를 판단할 수 있다.

예를 들면, 앞서 설명한 바와 같이 적어도 하나 이상의 센서코일(110)을 평면에 다양한 방식으로 배치하여 센서보드(105)를 구성하고, 이 센서보드(105)에 소정의 피검사체(230)를 배치하고, 피검사체(230)에 대해 상대적으로 이동할 수 있는 카메라(220)에 공진회로(200)를 배치할 수 있다.

이러한 구성에서, 피검사체(230)가 배치된 위치가 특정될 수 있다면, 상술한 바와 같은 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 이용하여 카메라(220)의 위치를 판단함으로써, 피검사체(230)에 대한 카메라(220)의 위치를 상대적으로 판단하고 조정할 수 있게 된다.

즉, 센서보드(105) 상에서 피검사체(230)를 특정의 미리 알고있는 좌표의 위치에 고정시키고, 실시간으로 카메라(220)의 위치를 식별하면서 이동시키면, 피검사체(230)를 기준으로 카메라(220)의 위치를 조정할 수 있게 된다.

이때, 경통(221)의 전부 또는 일부는, 적어도 전도성 재질, 특히 강자성체 페라이트 재질로 이루어질 수 있으며, 또는, 비전도성 재질의 경통에 전도성 재질을 혼합하여 만들어질 수도 있다. 이로써, 경통(221)이 인덕터의 코어 역할을 할 수 있다.

한편, 경통(221)에 코일이 감겨진 형상으로 인덕터가 구성됨으로써, 공진회로(200)에서 방출하는 제2 전자기장의 방출 특성이 향상될 수 있다. 즉, 제2 전자기장의 방출 방향 및 강도가 향상되므로, 센서보드(105)에서의 감지 정밀도가 향상될 수 있다.

이러한 구성 방식에서는, 인덕터에서 방출되는 전자기장의 크기는, 코일의 중심을 통과하는 방향으로 가장 크기 때문에, 센서보드에서도 코일의 중심에 대해서 최대의 비교 전압(Vout)을 생성할 것이며, 이로써, 경통의 중심, 즉, 경통에 구비된 광학렌즈의 중심을 정확하게 감지할 수 있게 되는 것이다.

이렇게, 경통의 위치, 특히 광학렌즈의 위치를 직접 탐지하여 조정할 수 있으므로, 광학렌즈를 통해 촬영되는 영상을 실시간으로 분석하여 카메라의 위치 또는 피사체의 위치를 조정하는 방식에 비하여, 카메라의 위치 조정 속도가 빠르다.

또한, 광학 렌즈의 위치를 직접 탐지하여 조정할 수 있으므로, 조작자가 직접 촬영되는 영상을 확인하면서 카메라와 피사체와의 위치를 조정하는 방식에 비하여 현저히 신속하게 카메라의 위치 조정이 이루어질 수 있게 된다.

도 6은, 경통에 공진회로의 인덕터를 형성하는 방식에 대한 예를 보여주는 도면이다. 도 6(a)에서는, 예를 들어, 하방을 향하는 경통(221)의 자체 또는 경통(221)의 내부면 또는 외부면을 페라이트 재질로 형성하고, 경통(221)의 외부에 도선(222)을 감아서 공진회로(200)의 인덕터를 구성한 예를 보여준다.

그리고, 경통(221)을 감은 도선(222)의 위치를 고정시키고 외부 환경에 대하여 보호하기 위한 커버(201)가 추가될 수 있다.

이러한 구성과 같이 경통(221)에 코일(222)을 감아 인덕터를 구성함으로써, 경통(221)의 내부에 구성된 광학렌즈(224)의 중심 위치를 탐지할 수 있게 된다.

도 6(b)은 일반적인 경통(221)의 일측에 페라이트 코어(223)에 코일(222)을 감은 인덕터를 별도로 배치한 구성을 보여준다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템은, 도 5를 참조한 실시예와 같이 특정 표면에 대한 공진회로(200)의 평면적 위치를 판단할 수 있을뿐만 아니라, 상기 특정 표면(즉, 센서보드의 표면)으로부터의 높이(h)(즉, 떨어진 거리)를 판단하는 데에도 이용될 수 있다.

즉, 예를 들면, 도 7(a)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 센서코일(110)을 평면에 배치하여 센서보드(105)를 구성하고, 이 센서보드(105)를 향하여 상대적으로 이동가능한 작업체, 즉, 카메라(220)에 공진회로(200)를 배치할 수 있다.

이러한 구성에서, 카메라(220)가 센서보드(105)를 향하여 접근하거나 멀어짐에 따라서, 센서코일(110)에 발생하는 유도 전압의 크기가 다르게 나타나게 될 것이다.

도 7(b)은 센서보드(105)로부터 공진회로(200)까지의 높이(h)에 따른 비교 전압(Vout)의 크기를 보여준다. 센서보드(105)로부터 공진회로(200)까지의 높이(h)와 비교 전압(Vout)과의 상관관계는 시스템의 동작 환경에 따라 달라질 수 있으므로, 시스템이 설치되어 동작하는 실제 환경에서의 다양한 높이마다 비교 전압의 측정치를 실험적으로 유지하고, 측정되는 비교 전압과 실험값을 이용하여 높이를 결정하도록 하는 것이 바람직하다.

도 7에서의 실시예 역시, 도 5의 실시예와 같이, 카메라(220)는 경통(221)을 포함할 수 있으며, 경통(221)의 외부 또는 측면에 인덕터를 구성할 수 있다.

한편, 상술한 바와 같이 높이를 측정할 수 있는 시스템의 센서보드(105)는, 단지 하나의 센서코일(110)을 구비할 수도 있으며, 복수의 센서코일(110)이 센서보드(105)에 분포될 수도 있다. 그리고, 공진회로(200)가 센서보드(105)에 접근하게 되면, 제어부(150)는, 각 센서코일(110)들을 임의의 순서대로 비교기(140)에 연결시켜 스캔함으로써 각 센서코일(110)로부터의 비교 전압(Vout)을 획득하고, 획득된 비교 전압들을 모두 합산하거나 특정의 수식으로 처리하고, 처리된 값을 이용하여 높이를 결정하도록 구성될 수도 있다.

이렇게 복수의 센서코일(110)을 이용하게 되면, 하나의 센서코일을 이용하는 경우에 비하여, 측정 오차가 줄어들고, 측정 정밀도가 향상될 수 있다.

또한, 상술한 바와 같은 공진회로를 이용하는 경우, 공진회로가 별도의 배터리와 같은 축전 수단을 구비하지 않고 단지 인덕터와 커패시터를 포함하더라도, 센서코일로부터 인가되는 전자기장에 의해 에너지를 생성하여 동작하게 되므로, 작업체에 부가할 구성요소가 간단해진다.

또한, 센서코일이 에너지 공급을 위한 전자기장의 방출 기능과 위치감지를 위한 전자기장 수신 기능을 동시에 수행할 수 있도록 함으로써, 센서보드에 별도의 여자센서코일을 배치하지 않더라도 시스템을 구성할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (6)

1. 피사체를 향하는 적어도 하나의 광학렌즈를 포함하는 페라이트 재질의 경통, 및 상기 경통을 통해 입사되는 상을 촬영하는 촬상소자를 구비하고 수평 이동 가능한 카메라;
   상기 경통에 감겨진 코일을 포함하는 인덕터와 소정의 커패시터를 포함하는 공진회로;
   상기 광학렌즈를 마주보는 위치에 배치되며 감지영역을 구비한 센서보드;
   상기 감지영역 내에 배치되며, 양단을 갖는 도선이 감아진 형태인 센서코일;
   상기 양단이 연결될 때 상기 양단의 전위차를 출력하는 비교기;
   상기 양단이 연결될 때 상기 양단에 소정의 구동 전압을 인가하는 코일 드라이버;
   상기 양단을 상기 비교기 또는 상기 코일 드라이버에 연결시키는 스위칭 소자; 및
   상기 센서코일에서 제1 전자기장을 방출하도록 상기 코일 드라이버의 동작을 제어하고, 상기 공진회로가 상기 제1 전자기장에 의해 에너지를 생성하고 생성된 에너지에 의해 자체적으로 제2 전자기장을 방출함에 따라, 상기 제2 전자기장에 의해 상기 비교기에서 출력되는 전위차에 기초하여 상기 광학렌즈의 위치를 판단하는 제어부를 포함하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서코일은 센서보드에 복수 개가 분포 배치되고,
   상기 제어부는, 복수 개의 상기 센서코일 중 하나씩을 임의의 순서로 상기 비교기에 연결시키고, 상기 비교기에서 출력하는 상기 전위차가 가장 큰 센서코일을 식별하고, 식별된 상기 센서코일의 배치된 위치에 기초하여 상기 광학렌즈의 상기 센서보드에 대한 좌표를 판단하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 센서코일 중 적어도 어느 하나와 또다른 어느 하나는, 서로 절연된 상태로 중첩된 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.
4. 제2항에 있어서,
   복수개의 상기 센서코일은, 제1 방향으로 긴 형태이고 제2 방향으로 나란히 배치된 제1 센서코일들과, 제2 방향으로 긴 형태이고 제1 방향으로 나란히 배치된 제2 센서코일들을 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 제1 센서코일 중 어느 하나에서 감지되는 전위차와 상기 제2 센서코일 중 어느 하나에서 감지되는 전위차에 기초하여, 상기 광학렌즈의 2차원 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 센서코일은, 기판의 표면에 'Ω' 형태 또는 소용돌이 형태로 전도성 재질을 인쇄하여 형성된 패턴인 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 인덕터의 코일은 별도의 페라이트 코어에 감겨져 형성되고, 상기 인덕터는 상기 경통의 외부에 부착되는 것을 특징으로 하는 비접촉식 광학렌즈 2차원 위치 탐지 시스템.

Images