KR101857589B1 - 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 검출하기 위한 측정 프레임 및 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타깃 표면(102)을 통과하는 총알(134)의 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 검출하기 위한 측정 프레임(106)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 관련 측정 및 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 측정 프레임(106)을 사용하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 측정 프레임은 제 1 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 적어도 하나의 제 1 방사선 소스(120), 및 제 2 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 적어도 하나의 제 2 방사선 소스를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 방사선 필드는 탄착 방향에 대해 수직인 평면에서 특정 각도로 교차한다. 상기 측정 프레임은 또한 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 방사선 소스에 각각 할당된 적어도 하나의 제 1 광학 수신 장치(126) 및 적어도 하나의 제 2 광학 수신 장치(126')를 포함한다. 상기 광학 수신 장치의 각각은 광학 수신 소자들의 어레이를 포함하며, 상기 광학 수신 소자들은 검출될 총알로 인해 공간적으로 연장되는 셰이딩 위치가 결정되도록 평가될 수 있다.

Description

탄착 위치를 비접촉식으로 광학 검출하기 위한 측정 프레임 및 측정 방법{MEASURING FRAME FOR CONTACTLESS OPTICAL DETERMINATION OF A GUNSHOT POSITION AND ASSOCIATED MEASUREMENT PROCESS}

본 발명은 타깃 표면을 통과하는 총알의 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 검출하기 위한 측정 프레임에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 관련 측정 및 평가 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 적어도 하나의 이러한 측정 프레임을 사용하는 디스플레이 시스템에 관한 것이다.

비접촉식 광 배리어 기술에 의해 탄착 위치를 검출하는 측정 프레임들은 오래전부터 스포츠 사수(shooter) 분야에서 그리고 사수들의 훈련에 사용되어 왔다. 이러한 광학 측정 방법에서, 측정 프레임을 통하여 날아가는 총알은 적외선 배리어들에 의해 비접촉식으로 측정된다. 개별 적외선 배리어는, 적외선을 번들링된 광빔으로 송신하는 적외선 송신기, 및 상기 적외선 송신기에 마주 놓이고 입사하는 적외선 빔의 밝기를 측정하는 적외선 수신기로 구성된다. 측정 프레임들의 크기에 따라, 최대 500개의 독립된 광 배리어들이 고정 격자 패턴으로 프레임의 내부면 상에 설치된다.

개별 광 배리어들의 적외선 송신기들은 프레임 내에 연속하는 라이트 커튼(light curtain)을 형성한다. 총알이 라이트 커튼을 통하여 날아가면, 측정 프레임의 수평 X-축뿐만 아니라 수직 Y-축에서 다수의 광 배리어들이 부분적으로 또는 완전히 중단된다.

이 해결책의 장점은 한편으로는 종이 또는 고무 밴드와 같은 소모품이 포함되지 않기 때문에 마모가 없다는 것이다. 다른 한편으로, 광학 측정 프레임들의 사용은 높은 측정 정확도와 오염 및 온도 변동에 대한 낮은 민감성의 장점을 갖는다.

이러한 선형 측정 프레임들은 예를 들면 DE 4115995 A1 또는 EP 034284 A1에 개시되어 있다. US 2012 0194802 A1에는 또한 가장 중심부의 타깃 영역을 커버하는 2개의 교차하는 광 배리어 및 외부 영역에서 탄착 위치를 검출하기 위한 음향적 방법을 사용하는, 조합형 측정 장치가 개시되어 있다. 이 경우, 원호 세그먼트 상에 배치된 일련의 광 수신기들은 마주 놓인 광 송신기에 의해 방출되는 방사선 세기를 원호의 다양한 점들에서 검출하기 위해 사용된다. 탄착 위치는 상이한 밝기값들을 기초로 결정된다.

본 발명의 과제는 이러한 측정 프레임들에 대한 최대 허용 크기들을 준수하면서, 음향 멤브레인과 같은 마모 재료가 완전히 생략되고, 비용-효율적인 방식으로 제조될 수 있으며, 높아진 정확도 및 강성을 갖는 측정 프레임을 제공하는 것이다.

상기 과제는 독립 청구항들의 대상에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 개선들은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명은, 타깃 표면을 통과하는 총알의 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 검출하기 위한 측정 프레임이 하나의 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 적어도 하나의 제 1 방사선 소스, 및 제 2 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 제 2 방사선 소스를 포함한다는 사상에 기초한다. 상기 제 1 및 2 방사선 필드는 탄착 방향에 대해 수직인 평면에서 특정의 각도로 교차한다. 적어도 하나의 제 1 및 적어도 하나의 제 2 광학 수신 장치는 각각 제 1 및 제 2 방사선 소스에 할당되며, 방출된 방사선을 수신하여 그것을 평가한다.

특히, 광학 수신 장치들의 각각은 광학 수신 소자들의 어레이를 포함하고, 상기 수신 소자들은 검출될 총알로 인해 공간적으로 연장되는 셰이딩(shading) 위치가 결정되도록 평가된다. 특히, 상기 광학 수신 소자들은 적어도 2열로 배치되고, 일렬의 수신 소자들은 인접한 열의 수신 소자들에 대해 오프셋되게 배치된다.

평가 방법은 본 발명에 따른 장치에 의해 바람직하게 실시될 수 있으며, 상기 평가 방법은 검출된 셰이딩 위치의 경계 및 각각의 방출 방사선 소스의 위치를 사용해서, 검출된 총알에 대한 탄젠트들(tangents)을 계산한다. 이러한 계산 방법에 의해 훨씬 더 높은 정확도가 달성될 수 있고, 탄착 위치, 즉 총알의 중심 위치뿐만 아니라 총알의 구경, 즉 사이즈도 결정될 수 있다.

방사선 소스들로서, 예를 들어 적외선을 방출하는 발광 다이오드(LED)들, 또는 레이저 방사선을 반도체 칩의 평면에 대해 수직으로 방출하는 VCSEL(vertical cavity surface emitting laser)과 같은 레이저 다이오드들이 적합하다. 검출기 소자들로서, 예를 들어 포토다이오드들이 사용된다. 물론, 포토트랜지스터들과 같은 모든 다른 적합한 센서 기술들도 사용될 수 있다.

광 경로를 비교적 짧게 그리고 그에 따라 측정 프레임의 전체 치수를 작게 유지하기 위해서는, 수신기 측에서 셰이딩 위치의 분해능이 특히 짧아야 하고, 다수의 방사선 필드를 가진 장치에서는 관련 없는 방사선 소스로부터 크로스토크가 나타나지 않는 것이 보장되어야 한다. 이러한 고- 분해능 장치를 구현하기 위해, 본 발명의 바람직한 개선에 따라 구멍 장치가 제공될 수 있다. 이 경우, 한편으로는 발산 빔이 측정 필드에 도달하기 전에 상기 빔을 적절하게 형성하기 위해, 방사선 소스에 근접하게 하나 또는 다수의 구멍들이 배치될 수 있다.

다른 한편으로는, 수신 소자들에 도달한 방사선이 측정 영역을 가로지른 후에 상기 방사선을 한정하기 위해, 구멍들이 수신 소자들에 근접하게 제공될 수 있다. 구멍 기술의 조합에 의해 특히 높은 정확성이 달성되므로, 방사선 소스의 전방뿐만 아니라 수신 소자들의 전방에도 적절한 구멍 장치가 제공된다.

제 1 및 제 2 방사선 소스와 관련 제 1 및 제 2 수신 장치는 방출된 방사선 필드들의 중심축들이 실질적으로 수직으로 교차하도록 배치되면, 본 발명에 따른 측정 프레임은 특히 간단하고 효율적인 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 장치의 간단한 기계적 구현과 더불어, 탄젠트의 기하학적 계산이 이 장치에 의해 매우 간단한데, 그 이유는 측정 프레임이 직교 좌표계의 제 1 사분면으로서 해석될 수 있기 때문이다. 측정 정확도 및 검출 가능한 측정 범위를 확장하기 위하여, 다수의 방사선 소스들과 관련 수신 장치들이 제공 될 수 있다.

타깃 표면을 실질적으로 직사각형으로 한정하는 측정 프레임이 직사각형 경계의 에지들을 따라 배치되는, 실질적으로 동일한 방식으로 구성된 측정 스트립에 의해 형성되면, 특히 바람직하다. 이는 측정 프레임의 에지들의 각각이 방사선 소스들 및 수신 장치들을 지지함으로써 전체 타깃 표면이 다수의 교차하는 발산 방사선 필드들에 의해 커버된다는 것을 의미한다.

본 발명에 따른 평가 방법에서, 관통하여 날아간 총알에 대한 4개의 탄젠트가 계산될 수 있다. 그러나 탄착 위치의 명백한 결정을 위해, 단 3개의 탄젠트들의 계산이 필요하다. 따라서 4개의 탄젠트를 계산하는 경우, 여분(redundancy)이 주어지며, 이 여분은 측정 결과의 타당성 검사를 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 또한 교정 단계를 포함할 수 있는 가능성을 제공한다. 이 경우, 방사선 소스들 중 적어도 하나가 단시간 동안 스위치 오프되고, 관련 수신 장치에서 조명 상태와 비조명 상태 사이의 방사선 세기의 차이 값이 검출되고 이로부터 교정 팩터가 계산된다. 이 교정 값들은 예를 들면, 매 측정 후에 새로 결정될 수 있다.

이러한 방식으로, 측정된 차이 값이 임계치와 비교됨으로써, 예를 들어 작동 동안 오염에 의한 광 변화들이 검출될 수 있다. 상기 차이 값이 임계치에 미달되면, 즉 방출된 방사선의 세기가 요구에 부합하지 않으면, 경고 메시지가 발생될 수 있다. 사용자는, 예를 들면 오염으로 인해 측정 에러가 나타나기 전에 측정 프레임의 임계 상태에 대한 정보를 적시에 받을 수 있다.

본 발명에 따른 방법에 의해, 탄착 위치뿐만 아니라 측정 프레임을 통해 날아가는 총알의 구경도 추가 비용 없이 계산될 수 있다. 이는 타당성 검사를 위해 사용될 수 있다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 본 발명이 도면에 도시된 실시예를 참고로 상세히 설명된다. 동일한 부분들은 동일한 도면 부호 및 동일한 부품 명칭으로 표시된다. 또한, 도시되고 설명된 여러 실시예들에 나타난 몇몇 특징들 또는 특징 조합들은 독립적인, 진보적인 또는 본 발명에 따른 해결책을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 측정 프레임의 사시도.
도 2는 도 1의 측정 프레임의 평면도.
도 3은 본 발명에 따른 측정 프레임의 부분 개방된 상세도.
도 4는 제 1 구멍 장치의 평면도.
도 5는 도 4의 일부의 상세도.
도 6은 도 4의 다른 부분의 상세도.
도 7은 다른 구멍 장치.
도 8은 도 7의 일부의 상세도.
도 9는 도 7의 다른 부분의 상세도.
도 10은 도 7의 다른 부분의 상세도.
도 11은 제 3 구멍 장치의 평면도.
도 12는 도 11의 일부의 상세도.
도 13은 도 11의 다른 부분의 상세도.
도 14는 다른 구멍 장치.
도 15는 다른 구멍 장치.
도 16은 다른 구멍 장치.
도 17은 구멍 장치에서 제 1 빔 형성기의 작용 모드의 원리도.
도 18은 구멍 장치에서 제 2 빔 형성기의 작용 모드의 원리도.
도 19는 수신기 측에 도달하는 광 빔의 개략도.
도 20은 수신기 측의 구멍의 작용 모드의 개략도.
도 21은 도 20의 구성을 뒤집어서 본 도면.
도 22는 수신 장치와 이에 가장 가까이 놓인 구멍 장치의 개략도.
도 23은 계산 기초의 개략도.
도 24는 계산에 사용되는 가상의 광 배리어를 가진 측정 필드의 개략도.
도 25는 총알이 타깃 평면을 통해 날아가는 것을 가정할 때 도 24의 일부의 상세도.
도 26은 도 25의 일부의 상세도.
도 27은 총알에 의한 셰이딩 시에 수신기에 가까운 구멍 장치의 상세도.
도 28은 총알이 통과하여 날아가는 동안 수신 소자들의 어레이의 평면도.
도 29는 총알에 대한 탄젠트를 결정하기 위한 계산 기초의 도해.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 측정 프레임(100)을 사시도로 도시한다.

도시된 실시예에서, 측정 프레임은 실질적으로 입방형으로 형성되고, 마찬가지로 실질적으로 입방형인 타깃 평면(102)을 둘러싼다. 검출해야 할 총알은 상기 타깃 평면(102)을 통하여 날아간다.

다음 도면에 명확히 나타나는 바와 같이, 측정 프레임 스트립들(104, 106, 108 및 110)의 각각으로부터 발산 방사선 필드들이 방출되고, 상기 방사선 필드들은 각각 마주 놓인 측정 프레임 스트립에 도달한다. 이로 인해, 서로 수직으로 놓인 측정 프레임 스트립들의 방사선 필드들이 수직으로 교차한다.

측정 스트립들(104 내지 110)의 각각은 방사선 소스들뿐만 아니라 광학 수신 장치들을 포함한다. 도 1에는, 하부에 배치된 수신 장치들을 위한 가장 외측의 구멍들만이 나타난다.

구멍 어레이들(112)이 탄착 영역(102)을 한정하기 때문에, 상기 구멍 어레이들은 투명한 커버, 예컨대 아크릴유리판에 의해 커버된다. 도 1에는 관련 브래킷(114)이 나타난다.

도 2는 도 1의 측정 프레임(100)을 평면도로 도시한다. 도 2는 타깃 평면(102)에서 교차하는 2개의 발산 방사선 필드들(116)의 경로를 개략적으로 도시한다. 측정 프레임 스트립들의 각각은 이제 방사선 소스들 및 수신 장치들을 구비하기 때문에, 전체 타깃 평면이 상기 발산 방사선 필드들(116)로 커버될 수 있다. 타깃 평면의 중심(Z)은 본 발명에 따른 해결책에서 기계적 조건에 의해 명확하게 정해진다.

방사선 소스로는, 적외선 범위에서 방출하는, 예컨대 발광 다이오드(LED)가 적합하다. 물론, 레이저 다이오드 등과 같은 다른 방사선 소스들도 사용될 수 있다. 사용되는 방사선 소스 타입에 맞게, 수신 장치가 선택된다. 수신 장치는 예를 들어 포토다이오드 또는 포토트랜지스터일 수 있다.

본 발명에 따라, 다양한 구멍 스트립들이 측정 프레임 스트립들(104, 106, 108, 110)의 각각에 배치된다. 구멍 스트립들의 각각은 방사선 소스들에 근접하게 배치된 곳에서 방출된 방사선을 형성하는 핀홀 구멍들, 및 수신 소자들 바로 위에 위치한 곳에서 수신기로 도달하는 방사선의 포커싱을 위한 핀홀 구멍들을 포함한다. 도 3은 구멍 스트립들의 배치를 부분도로 도시한다.

본 발명에 따라, 2 타입의 구멍 스트립들, 즉 예컨대 하부와 우측에 배치되는 스트립들, 및 상부와 좌측에 장착되는 스트립들이 있다. 이로 인해, 각각 2개의 상이한 스트립들이 서로 마주 놓이므로, 방사선 소스에 의해 방출된 방사선이 마주 놓인 측정 프레임 스트립에서 관련 수신 소자들에 도달하는 것이 보장된다.

도 3은 3개의 제 1 구멍 스트립들(118, 118', 118")이 제공된 실시예를 도시한다. 구멍 스트립들(118, 118', 118")의 각각은 방출되는 방사선 필드를 형성하기 위한 그리고 타깃 평면을 통과한 후에 수신될 방사선을 커버하기 위한 핀홀 구멍들을 포함한다. 다음 도면들에 명확히 나타나는 바와 같이, 타깃 평면(102)에 가장 가깝게 위치한 구멍 스트립(118)은, 방사선 필드가 타깃 평면 내로 들어가기 전에, 방사선 필드(116)를 형성하기 위한 긴 핀홀 구멍(124)을 포함한다. 또한, 구멍 스트립(118)은 마주 놓인 측정 프레임 스트립으로부터 입사하는 방사선 필드에 대해 원형 핀홀 구멍들을 포함하고, 상기 원형 핀형 구멍들은 수신 소자들에 도달하는 방사선을 제한한다(도면 부호 126). 제 1 구멍 스트립(118)과 특정 간격을 두고 추가의 구멍 스트립(118')이 배치되고, 상기 추가의 구멍 스트립(118)은 한편으로는 입사 방사선의 제한을 위한 더 좁게 제한된 핀홀 구멍(126')을 포함하며, 다른 한편으로는 방출된 방사선을 형성하기 위한 약간 더 작게 치수 설계된 긴 핀홀 구멍(124')을 포함한다.

LED들 및 포토다이오드들이 장착된, 여기에 도시되지 않은 회로 캐리어 바로 위에 제 3 구멍 스트립(118")이 배치된다. 도 3에는 수신기 핀홀 구멍들(126")의 어레이만이 나타나는데, 그 이유는 상기 측정 프레임 스트립 내에 있는 방사선 소스에 의한 의도하지 않은 산란 방사선에 대한 차폐를 위해 분리 구멍(128)이 제공되기 때문이다.

제 2 구멍 스트립들(119, 119' 및 119")은 송신기 구멍들 및 수신기 구멍들의 위치에 있어서 제 1 구멍 스트립들(118, 118', 118")과 다르다. 상기 위치는 각각 바로 마주 놓인 수신 소자들과의 직접적인 상호 작용이 보장되도록 선택된다. 수신기 핀홀 구멍들 및 송신기 핀홀 구멍들의 치수는, 대칭이기 때문에 동일하게 선택된다.

도 4 내지 도 6은 타깃 평면(102)에 바로 인접한 외부의 제 2 구멍(119)을 도시한다. 본 실시예에 따르면, 총 6개의 방사선 소스들이 상기 측정 프레임 스트립에 설치되어 있으므로, 구멍 스트립(119)은 6개의 긴 핀홀 구멍들(124)을 포함한다. 이 도면들의 특별한 실시예에 따르면, 수신 장치는 32개의 수신 소자들의 어레이를 포함하므로, 각각의 수신 소자 어레이에 대해 구멍 스트립(119) 내의 상기 수신 소자들과 광학적으로 일직선으로, 32개의 수신기 핀홀 구멍들(126)의 어레이가 설치된다.

분해능과 정확성을 개선하기 위해, 도 6에 나타나는 바와 같이, 특히 2열의 수신 소자들은 서로 오프셋되게 배치된다.

방사선 소스들 및 수신 소자들을 구비한 보드에 더 가깝게 배치된, 중앙의 제 2 구멍 스트립(119')은 도 7 내지 도 10에 도시되어 있다. 수신기 핀홀 구멍들(126')은 예를 들어 수신기 핀홀 구멍들(126)과 동일한 직경을 갖도록 선택된다. 물론, 다른 직경도 선택될 수 있다. 방출된 방사선(124')에 대한 긴 핀홀 구멍은 도 4 내지 도 6의 긴 핀홀 구멍(124)과는 다른 형상을 갖는다. 따라서, 긴 핀홀 구멍(124')은 예를 들면 외부 핀홀 구멍(124)과 동일 반경을 갖지만 상기 외부 핀홀 구멍(124)보다 더 짧은 길이로 형성될 수 있다. 본 발명에 따라, 방출되는 방사선을 더 작은 부분 영역으로만 제한함으로써, 사용된 방사선의 명확한 균일화가 달성될 수 있고, 이로 인해 측정 에러가 줄어들고 평가가 간단해진다.

끝으로, 도 11 내지 도 13은 가장 안쪽의 제 2 구멍 스트립(119")을 도시한다. 이 구멍 스트립은 실제 소자들과 최단 거리에 위치하고, 방출되는 방사선 필드의 첫 번째 형성을 위해 원형 송신기 구멍(124")을 포함한다. 각각의 수신 소자에는 수신기 핀홀 구멍(126")이 할당되며, 상기 수신기 핀홀 구멍(126")은 라운딩된 코너를 가진 실질적으로 직사각형의 형상을 갖는다. 이러한 직사각형 디자인은 여기로 입사하는 방사선의 매우 효율적인 이용을 가능하게 하는데, 그 이유는 직사각형 수신기 핀홀 구멍들(126")이 그 아래 놓인 수신 소자들의 외부 윤곽에 실질적으로 상응하기 때문이다.

도 14 내지 도 16은 상응하는 제 1 구멍 스트립들(118, 118 ' 및 118 ")을 도시한다. 상기 제 1 구멍 스트립들(118, 118 ' 및 118 ")은 각각 마주 놓인 측정 프레임 스트립에 장착되므로, 수신기 소자들의 어레이가 각각 방사선 소스에 마주 놓인다. 이를 제외하면, 송신기 및 수신기 핀홀 구멍들의 치수와 형상들은 동일하다. 이는 구멍 스트립을 제조하는 펀칭 공구들이 표준화될 수 있다는 장점을 갖는다.

이하, 도 17 내지 도 22를 참고로 방출 및 검출 동안 방사선 경로가 상세히 설명된다.

도 17은 긴 핀홀 구멍(124')의 작용을 나타낸다. 특히, 긴 핀홀 구멍(124')에 의해, 방사선 소스(120), 예를 들어 LED의 원뿔형 방사선 필드(116)로부터 긴, 실질적으로 감소한 영역이 절단된다. 이러한 제한에 의해, 이미 언급한 바와 같이, 긴 핀홀 구멍(124)을 벗어나는 방사선의 균일성이 증가한다. 명확성을 높이기 위해, 원형 구멍(124")은 도 17에 도시되어 있지 않다. 핀홀 구멍의 위치들은 도 17에서 방사선 소스(120)의 위치와 동일시될 수 있다.

도 18은 더 큰 핀홀 구멍(124)이 더 이상 방사선의 상당량을 제거하는 것이 아니라 가장자리 영역만을 형성하고 산란 방사선을 감소시킬 정도로, 서로 이격된 2개의 긴 핀홀 구멍들(124' 및 124))의 작용 모드를 개략도로 도시한다.

도 19에 도시된 바와 같이, 명확한 발산 방사선 필드(116)는 각각 마주 놓인 측정 스트립, 그에 따라 각각 상이한 구멍 스트립(119 또는 118)에 도달한다.

도 20 및 도 21의 2개의 상세도에 나타나는 바와 같이, 수신기 핀홀 구멍들(126, 126')은 하부를 향해 수신 소자들에 도달하는 방사선을 형성하고, 특히 직접 마주 놓인 방사선 소스에 속하지 않는 수신 소자들에 도달하는 방사선의 큰 감소를 야기한다. 실질적으로 관련없는 핀홀 구멍들에 의한 방사선의 이러한 절단은 관련없는 방사선 소스로부터 방사선이 입사하는 입사각의 증가에 의하여 설명될 수 있다.

도 22는 가장 내측의 핀홀 구멍(126")의 기능을 도시한다. 산란 방사선(122) 중 어느 것도 직사각형 핀홀 구멍들(126")을 통과하여, 수신 소자들이 배치된 회로 캐리어(130)에 도달하지 않는 것이 나타난다.

계산 원리를 설명하기 위하여 다음 도면들에 도시된 바와 같이, 계산 평가를 위하여, 타깃 평면(102)이 개별 가상 광 배리어들(132)에 의해 침투된 것이 가정될 수 있다. 그러나 순수하게 물리적으로 타깃 평면(102)은 항상 연속하는 방사선 원뿔(cone)들에 의해 관통되어야 한다. 평가를 위해, 하기에서 설명되는 가상 광 배리어들(132)만이 사용된다.

도 25는 총알(134)이 타깃 평면(102)을 통해 날아갈 때의 상황을 도시한다. 총알(134)의 여기에 예시적으로 도시된 구경의 경우, 3개의 가상 광 배리어들(132)이 차단된다. 달리 표현하면, 3개의 수신 소자들이 조명되지 않는다.

도 26에 도시된 바와 같이, 탄착 위치와 총알(134)의 구경에 따라, 광 배리어들이 완전히 또는 부분적으로만 차단될 수 있다. 도 27은 직사각형 수신기 핀홀 구멍들(126")의 영역을 사시도로 도시하고, 도 25에 도시된 상황에서 정확히 3개의 수신 소자들이 조명되지 않는 한편, 제 4 수신 소자가 부분 빔만을 받기 때문에 감소된 세기를 측정하는 것이 나타난다. 수신 소자들(136)의 배치를 설명하기 위해, 도 28에는 구멍 스트립(119")이 제거되어 있다.

지금까지의 모든 도면과 도 29를 참고로, 본 발명에 따른 평가가 하기에 상세히 설명된다.

이미 언급한 바와 같이, 측정 필드는 개별적인, 실질적으로 삼각형의 광 필드들로 구성된다. 개별 필드는 광을 어레이 형태의 감광성 센서들로 방출하는 광원(120)을 포함한다. 방사선 필드(116)에서 총알(134)의 셰이드를 정확하게 측정할 수 있도록 하기 위해, 설명한 바와 같이 구멍들이 센서들의 전방에 그리고 방사선 소스들의 전방에 설치된다. 이 구멍들은 연속하는 방사선 필드(116)가 다수의 가상 광 배리어들로 분할되게 한다. 이는 본 실시예에서 예를 들어 수신기 어레이 당 32개이다. 각각의 수신 소자의 검출된 측정값은 예를 들어, 최대 220 레벨로 분할된다. 이미 설명한 바와 같이, 외부 광, 특히 인접한 방사선 소스들로부터의 방사선에 의한 측정값의 바람직하지 않은 영향은 제공된 구멍들에 의해 방지된다.

타깃 평면(102)에 상응하는 측정 면은 본 발명에 따른 평가 모델에서 직교 좌표계의 제 1 사분면으로서 나타난다. 도 29에 도시된 바와 같이, 셰이드의 경계점들이 각각 하나의 방사선 소스에 마주 놓인 면에서 검출된다. 각각 관련된 방사선 소스(120)의 좌표는 기계적으로 미리 정해지고 알려지므로, 셰이드의 경계들이 총알(134)에 대한 탄젠트인 2개의 직선(138)에 의해 결정될 수 있다. 측정이 2개의 상이한 방사선 소스들(120)로부터 나온 2개의 교차하는 방사선 필드(116)에 의해 이루어지기 때문에, 총알(134)이 사이에 위치해야 하는 총 4개의 탄젠트가 얻어진다. 4개의 직선들(138)의 교점은 탄젠트 사변형의 꼭지점을 형성한다.

또한, 각각의 직선 쌍의 각도 이등분선의 교점이 측정될 총알의 중심이므로, 결정되어야 할 탄착 위치이다. 또한, 총알의 직경, 즉 구경은 탄젠트들로부터 간단한 삼각 계산에 의해 유도될 수 있다.

하나의 원이 이것에 접촉한 3개의 탄젠트의 접촉점에 의해 명확히 나타내지기 때문에, 본 발명에 따른 계산 방법에 의해 타당성 검사가 이루어질 수 있는데, 그 이유는 측정된 제 4 탄젠트가 여분의 정보를 제공하기 때문이다.

최적의 측정값들을 얻기 위해, 방사선 소스들 중 하나는 단시간 동안, 예를 들어 약 200μs 동안 스위치 오프 될 수 있다. 이로 인해, 마주 놓인 수신 소자들의 100 퍼센트 셰이딩에 상응하는 방사선 변화가 생긴다. 이 교정 단계에 의해 결정된 값은 측정 프레임을 교정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 매 측정 후에 교정 값에 의하여 재교정이 가능하다.

또한, 예를 들어 오염에 의해 발생하는 방사선 세기 변화도 작동 동안 체크될 수 있다. 특히, 매 측정 직후에 측정 필드의 품질이 예를 들면 방사선 소스들의 순차적 스위치 오프에 의해 체크될 수 있다. 새로운 교정 값이 생성되고, 새로운 교정 값을 원래의 교정 값으로 나누는 방식으로, 새로운 교정 값과 원래 교정 값으로부터 교정 팩터가 계산될 수 있다. 이 교정 팩터들은 한편으로는 가능한 한 정확하게 총알(134)의 위치를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 다른 한편으로는 상기 팩터를 기초로 방사선 세기의 변화가 검출되어, 사용자에게 가능한 한 조기에 측정 프레임의 나빠진 상태에 대한 정보를 알리기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 광 세기의 허용 감소가 어느 정도인지를 결정하기 위해, 임계치 비교가 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 평가 및 상기 측정 프레임에 의해, 확실하고, 비용 효율적이며 매우 정확하게 탄착 위치를 검출하여 표시하는 탄착 디스플레이 시스템이 개발 될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 측정 프레임의 치수는 모든 경쟁 승인 과정에서 요구되는, 타깃 디스크의 중심과 인접한 타깃 디스크의 중심 사이의 최대 치수가 지켜질 수 있도록 적게 유지될 수 있다. 예를 들어, 타깃 디스크 직경이 500 mm 일 때 (거리 25 m) 2개의 타깃 디스크 간의 750 mm의 최대 허용 중심 대 중심 거리가 지켜질 수 있다. 이 최대 치수들은 올림픽 종목 "속사(Rapid Fire)"의 측정에 대하여 ISSF(국제 사격 스포츠 연맹)의 승인을 위하여 필요하다.

100 측정 프레임
102 타깃 평면
104, 106, 108, 110 측정 프레임 스트립
116 방사선 필드
118, 118', 118" 제 1 구멍 스트립
119, 119', 119" 제 2 구멍 스트립
120 방사선 소스

Claims (17)

1. 타깃 표면을 통과하는 총알의 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 측정하기 위한 측정 프레임으로서,
   상기 측정 프레임은
   제 1 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 적어도 하나의 제 1 방사선 소스;와
   제 2 발산 방사선 필드를 방출하기 위한 적어도 하나의 제 2 방사선 소스를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 방사선 필드는 탄착 방향에 대해 수직인 평면에서 특정 각도로 교차하고;
   상기 측정 프레임은 또한
   상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2 방사선 소스에 각각 관련된 적어도 하나의 제 1 및 적어도 하나의 제 2 광학 수신 장치를 포함하며;
   상기 광학 수신 장치의 각각은 광학 수신 소자들의 어레이를 포함하고, 상기 광학 수신 소자들은 검출될 총알로 인해 공간적으로 연장된 셰이딩 위치가 결정되는 방식으로 수신된 방사선 강도를 측정하도록 작동될 수 있고,
   상기 측정 프레임은 적어도 하나의 송신기 구멍을 포함하며, 상기 적어도 하나의 송신기 구멍은, 상기 방사선 소스에 의해 방출되는 상기 방사선 필드를 성형하기 위하여, 빔 방향으로 커지는 구멍 직경을 가진 연속하는 핀홀 구멍들을 포함하는, 측정 프레임.
2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 수신 소자들은 적어도 2열로 배치되고, 일렬의 수신 소자들은 인접한 열의 수신 소자들에 대해 오프셋되게 배치되는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 수신 소자들의 각각은 포토다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방사선 소스는 적외선을 방출하는 발광 다이오드(LED) 또는 레이저 다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 측정 프레임은 필요 없는 방사선을 페이드-아웃하기 위한 적어도 하나의 수신기 구멍을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
6. 제 5항에 있어서, 상기 수신기 구멍은 상이한 구멍 형상을 가지고 빔 방향으로 연속하는 핀홀 구멍들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
7. 제 5항에 있어서, 상기 수신기 구멍은 핀홀 구멍들의 어레이를 포함하고, 상기 핀홀 구멍들의 각각은 하나의 광학 수신 소자에 관련된 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 방사선 소스와 상기 제 1 및 제 2 수신 장치는 방출된 방사선 필드들의 중심 축들이 수직으로 교차하도록 각각 배치되는 것을 특징을 하는 측정 프레임.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 측정 프레임은 상기 타깃 표면을 직사각형으로 한정하고, 상기 직사각형 경계의 에지들을 따라 배치되는 동일하게 구성되는 4개의 측정 스트립들을 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
10. 제 9항에 있어서, 상기 측정 스트립들의 각각은 적어도 하나의 방사선 소스 및 적어도 하나의 수신 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
11. 제 6항에 있어서, 상기 수신기 구멍은 핀홀 구멍들의 어레이를 포함하고, 상기 핀홀 구멍들의 각각은 하나의 광학 수신 소자에 관련된 것을 특징으로 하는 측정 프레임.
12. 제 1항 또는 제 2항에 따른 측정 프레임을 사용하여 타깃 표면을 통과하는 총알의 탄착 위치를 비접촉식으로 광학 측정하기 위한 방법으로서,
    제 1 및 제 2 방사선 소스로부터 나온 적어도 하나의 제 1 및 적어도 하나의 제 2 발산 방사선 필드의 방출 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 방사선 필드는 탄착 위치에 대해 수직인 평면에서 특정 각도로 교차하는, 방출 단계;
    광학 수신 소자들의 어레이의 각각의 광학 수신 소자에서 방사선 강도를 측정하여, 적어도 하나의 제 1 및 제 2 방사선 소스에 각각 관련된 적어도 하나의 제 1 및 적어도 하나의 제 2 수신 장치에서 셰이딩 위치의 측정 단계;
    측정된 셰이딩 위치의 경계 및 관련 방사선 소스의 위치를 사용하여 적어도 3개의 탄젠트를 계산하는 계산 단계;
    계산된 탄젠트를 기초로 탄착 위치, 구경, 또는 탄착 위치 및 구경을 계산하고 출력하는 단계;를 포함하는 방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 방사선 소스가 교정 값을 생성하기 위하여 스위치 오프 및 온되고, 관련 수신 장치의 조명 상태와 비조명 상태 사이의 방사선 강도의 차이 값이 교정 팩터의 결정을 위해 사용되는 교정 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13항에 있어서, 상기 차이 값이 임계치와 비교되고, 상기 차이 값이 상기 임계치에 미달되면 경고 메시지가 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제 12항에 있어서, 4개의 탄젠트들이 계산되고, 측정된 값들의 타당성 검사가 여분의 정보에 의하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 제 1항 또는 제 2항에 따른 적어도 하나의 측정 프레임, 적어도 하나의 평가 장치 및 적어도 하나의 디스플레이 장치를 포함하는, 타깃 표면을 통과하는 총알의 탄착 위치를 표시하는 디스플레이 시스템.
17. 삭제

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