KR101952143B1 - 디지털 이동 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 1개의 방향으로 이동되는 가동 요소의 이동을 측정하는 장치에 관한 것이다. 이 장치는, 광속을 방출하는 광원과; 광속을 차단하고 그 이동을 따르도록 가동 요소에 연결되는 광학 부재와; 광원에 대한 광학 요소의 위치에 의해 결정된 방출 광속을 포획하는 픽셀 센서로서, 픽셀은 적어도 일부가 가동 요소가 이동될 때의 그 위치에 따라 변화되는 방식으로 조사되도록 배치되는, 픽셀 센서와; 2개의 상이한 임계치와 센서의 픽셀로부터 기원한 수치를 비교하여 일부의 수치에 논리 수치를 할당하는 비교기 모듈과; 비교기 모듈로부터 기원한 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하는 계산 모듈을 포함한다.

Description

디지털 이동 측정 장치{DIGITAL MOVEMENT MEASURING DEVICE}

본 발명은 이동 측정 장치에 관한 것이다. 여기에서, 이동 측정의 개념은 기준 위치에 대한 어떤 위치의 측정을 망라한다. 일반적으로, 이동 측정 장치는 센서로부터의 아날로그 정보(analog information)를 저장하고, 아날로그 정보를 디지털 데이터로 변환하고, 처리될 이동 측정을 위해 순서대로 컴퓨터로 디지털 데이터를 전송한다.

광학 센서를 이용한 이동 측정 장치가 문서 제US 2009/0248351호에 기재되어 있다. 가동 요소(mobile element)가 광속(light beam)의 방출 방향에 직각인 방향으로 이동되고, 전하-결합 소자(CCD: Charge-Coupled Device) 타입 또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS: Complementary Metal Oxide Semiconductor) 타입의 픽셀 어레이(pixel array)를 보유한 선형 광학 센서가 가동 요소에 의해 투과 및 부분 차단된 발광 플럭스(luminous flux)와 관련하여 이러한 방식으로 얻어진 데이터를 저장한다. 센서로부터의 아날로그 정보는 디지털 데이터로 변환되고, 디지털 데이터는 그 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하는 계산 모듈 내로 합체된다.

이러한 장치는 특히 센서로부터의 모든 아날로그 정보의 디지털 데이터로의 변환이라는 단점을 갖는다. 아날로그 노이즈(analog noise)가 오차에 그리고 디지털 변환 노이즈에 추가된다. 이러한 바람직하지 못한 노이즈는 측정된 신호의 동적 상태(dynamic)(신호 대 노이즈 비율)를 제한한다. 나아가, 변환은 무시-불가능한 계산 시간 그리고 무시-불가능한 계산 능력을 요구한다.

특히, 이 장치가 마이크로폰(microphone)에 사용될 때에, 배경 노이즈 및 아날로그-디지털 변환은 동적 상태를 제한하는 주요 인자로 간주된다.

그러므로, 아날로그 동적 상태 제한을 피하여 아날로그-디지털 변환의 결점을 최대한 제한하는 것이 유리한 것으로 보일 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은, 적어도 1개의 방향으로 이동되는 가동 요소의 이동을 측정하는 장치에 있어서,

- 광속을 방출하도록 구성되는 광원과;

- 광속을 차단하도록 구성되고 그 이동을 추적하도록 가동 요소에 부착되는 적어도 1개의 광학 부재와;

- 광원에 대한 광학 부재의 상대 위치에 의해 결정된 투과 광속을 포획하도록 구성되는 적어도 1개의 픽셀 타입 센서로서, 픽셀은 이들의 적어도 일부가 가동 요소가 이동될 때의 그 위치에 따라 변화되는 조사광을 수용하도록 배치되는, 적어도 1개의 픽셀 타입 센서와;

- 2개의 분명한 임계치와 적어도 1개의 센서의 픽셀로부터 얻어진 수치를 비교하여 픽셀에 논리 수치를 할당하도록 구성되는 비교기 모듈로서, 그에 의해,

- 제1 임계치 아래의 모든 발광 수치에는 동일한 제1 논리 수치가 할당되고;

- 제2 임계치 위의 모든 발광 수치에는 동일한 제2 논리 수치가 할당되고;

- 2개의 임계치 사이에 위치되는 모든 발광 수치에는 계산 수단에 의해 처리되도록 구성되는 그 수치를 나타내는 그 수치의 변환 수치가 각각 할당되는,

비교기 모듈과;

- 비교기 모듈로부터의 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하도록 구성되는 계산 모듈

을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치

를 제안하고 있다.

비교기 모듈의 사용은 센서에 의해 수용된 아날로그 신호의 디지털 신호로의 변환에 반드시 대응하지는 않는 논리 수치의 센서의 일부의 픽셀로의 할당을 가능케 한다. 이와 같이, 이 장치는 변환기 또는 관련된 계산 수단의 성능에만 의존하지 않는다.

이 때문에, 가동 요소의 위치를 결정하는 데 필요한 계산 시간 그리고 마찬가지로 관련된 계산 능력이 감소된다. 이와 같이, 데이터의 전송이 단순화될 수 있고, 그 속도가 상승될 수 있다.

추가로, 가동 요소의 위치의 결정의 정확도는 그러면 선택된 픽셀의 개수에만 의존하고, 이러한 개수를 증가시켜 정확도를 개선하는 것으로 충분하다는 것이 주목되어야 한다.

특히, 제1 논리 수치는 수치 0일 수 있고, 제2 논리 수치는 수치 1일 수 있다.

이들 임계치는 0과 1 사이의 임의의 수치를 취할 수 있고, 특히, 예컨대, 제1 임계치는 0과 0.5 사이에 있고, 제2 임계치는 0.5와 1 사이에 있다. 예컨대, 제1 임계치는 0.1과 동일하고, 제2 임계치는 0.9와 동일하다.

이것은 특히 소수의 아날로그 수치만을 변환함으로써 광학 부재의 위치를 정확하게 결정하는 것을 가능케 하고, 이것은 이 장치의 전체적인 정확도를 개선하는 것과 동시에 변환기의 사용을 제한한다.

하나의 특정한 실시예에서, 광학 부재는 그 외형부의 적어도 일부가 가동 요소의 적어도 1개의 이동 방향과 0이 아닌 각도를 형성하는 마스크(mask)를 포함한다.

예컨대, 마스크는 광원에 대한 그 외형부의 이동이 센서의 픽셀에 의해 수용된 조사광이 변화되게 하는 단일의 단편 마스크이다.

대체예에서, 마스크는 그 내부 외형부의 이동이 센서의 픽셀에 의해 수용된 조사광을 변화시키는 개구 또는 슬롯을 포함하는 마스크이다.

또 다른 특정한 실시예에서, 광학 부재는 광속의 일부를 반사하도록 구성된다.

이러한 경우에, 소위 반사 강학 부재는 광속의 가변 부분을 그 이동의 함수로서 반사한다. 광속의 각각의 반사 부분은 그 다음에 센서 상으로 투영된다.

하나의 가능한 특징예에 따르면, 이 장치는 제1 광학 부재의 외형부의 상을 치수 조정하여 제1 광학 부재의 외형부를 포커싱하도록 구성되는 제2 광학 부재를 추가로 포함한다.

이러한 보충 부재의 사용은 특히 이러한 부재가 제1 광학 부재와 센서 사이의 광로 상에 위치될 때에 센서에 의해 수용된 상의 품질의 향상을 가능케 한다. 이러한 목적을 위해, 이러한 제2 광학 부재는 렌즈, 광 섬유 또는 미러(mirror) 등의 센서 상의 제1 광학 부재의 이러한 상을 포커싱, 재유도 또는 크기 조정하는 임의의 수단으로 구성된다.

하나의 가능한 특징예에 따르면, 센서는 선형 패턴으로 배치되는 적어도 1개의 열의 픽셀로 형성되는 선형 광학 센서이다.

이러한 방식으로, 광학 부재의 위치는 그 외형부를 표시하는 픽셀들 사이의 거리를 계산함으로써 간단하게 결정될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 픽셀 배열이 고려될 수 있다.

위치 설정 또는 계산 오차에 연결되는 임의의 오차를 보정하기 위해, 측정된 이동 방향 이외의 방향으로의 광학 부재의 이동의 삼각 보정(trigonometric correction)이 수행된다.

여기에서, 표현 삼각 보정은 센서에 대한 투영 상의 변형을 관찬하여 가동 부분의 그 부착 지점에 대한 센서의 회전 각도를 이들 변형으로부터 추정함으로써 센서 위치 설정 오차를 결정(계산)하는 것을 말한다.

용어 삼각(trigonometric)은 이러한 목적을 위해 그 자체로 주지되어 있는 삼각 수학 관계가 투영될 때의 상의 외형부에 사용된다는 사실로부터 비롯된다.

광학 부재가 그 사이의 거리가 미리 알려져 있는 2개의 평행한 외형부를 가지면, 예컨대, 그 거리는 광학 센서 상에 형성된 상의 외형부들 사이의 거리를 측정함으로써 계산 및 확인될 수 있을 것이다.

가동 요소로의 그 부착 지점에 대한 각도 이동의 부존재 바꿔 말하면 위치 설정 오차의 부존재는 센서 상으로 투영되는 변형되지 않은 상을 특징으로 한다.

반대로, 관찰된 상의 기하학적 변형은 삼각 관계를 사용하여 명목 위치에 대한 회전 각도의 계산을 가능케 할 것이다.

센서 상으로의 광학 부재의 형상의 투영 또는 각각의 외형부의 경사와 관련된 광학 법칙 또는 적절한 경우에 복수개의 외형부의 상대 거리는 수학 공식 및 그 보정에 의해 얻어진 데이터의 검증을 가능케 한다. 그럼에도 불구하고, 계산 과잉, 보충 픽셀의 추가 또는 사용된 요소의 교정을 내포하는 다른 보정 방법이 고려될 수 있다.

이러한 방식으로, 아날로그-디지털 변환은 비교기로부터의 정보가 논리 수치 그에 따라 직접적인 디지털 정보이기 때문에 필요하지 않고, 그에 의해 변환기에 연결되는 오차의 제한을 가능케 한다.

이와 같이, 데이터의 전송이 단순화될 수 있고, 그 속도가 상승될 수 있다.

특히, 제1 논리 수치는 수치 0일 수 있고, 제2 논리 수치는 수치 1일 수 있다. 이러한 특정한 경우에, 임계치는 0.5와 동일하다.

이것은 특히 소수의 아날로그 수치만을 변환함으로써 광학 부재의 위치의 정확한 결정을 가능케 하고, 그에 의해 이 장치의 전체적인 정확도를 개선하는 것과 동시에 변환기의 사용을 제한한다.

재차, 종래 기술의 시스템에 비해, 데이터의 전송이 단순화될 수 있고, 그 속도가 상승될 수 있다.

특히, 제1 논리 수치는 수치 0일 수 있고, 제2 논리 수치는 수치 1일 수 있다. 이들 임계치는 0과 1 사이의 임의의 수치를 취할 수 있고, 특히, 예컨대, 제1 임계치는 0과 0.5 사이에 있고, 제2 임계치는 0.5와 1 사이에 있다. 예컨대, 제1 임계치는 0.1과 동일하고, 제2 임계치는 0.9와 동일하다.

센서 상에서의 각각의 픽셀의 물리적인 위치를 정확하게 얻기 위해, 이 장치는 픽셀에 할당된 논리 수치에 따라 적어도 1개의 센서의 픽셀을 어드레싱(addressing)하는 모듈을 추가로 포함한다.

이것은 광학 부재의 위치의 계산을 용이하게 하는 것을 가능케 한다.

임의의 오차를 검출하기 위해, 그 포획 수치가 제1 및 제2 임계치 사이에 위치되는 픽셀의 어드레싱 수치는 각각의 그룹 내에서 계수된 픽셀의 개수에 비교된다.

본 발명은 또한 본 발명의 이동 측정 장치를 포함하는 마이크로폰에 관한 것이다.

본 발명은, 또한, 이동 측정 방법에 있어서,

- 광속을 방출하는 단계와;

- 광속을 차단하도록 구성되고 그 이동을 추적하도록 가동 요소에 연결되는 광학 부재를 위치시키는 단계와;

- 광원에 대한 광학 부재의 상대 위치에 의해 결정된 투과 광속을 픽셀 타입 센서에 의해 포획하는 단계로서, 픽셀은 이들의 적어도 일부가 가동 요소가 이동될 때의 그 위치에 따라 변화되는 조사광을 수용하도록 배치되는, 단계와;

- 2개의 분명한 임계치와 포획에 의해 얻어진 수치를 비교하여 픽셀에 논리 수치를 할당하는 단계로서, 그에 의해,

- 제1 임계치 아래의 모든 발광 수치에는 동일한 제1 논리 수치가 할당되고;

- 제2 임계치 위의 모든 발광 수치에는 동일한 제2 논리 수치가 할당되고;

- 2개의 임계치 사이에 위치되는 모든 발광 수치에는 계산 수단에 의해 처리되도록 구성되는 그 수치를 나타내는 그 수치의 변환 수치가 각각 할당되는,

단계와;

- 비교기 모듈로부터의 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.

다른 특징 및 장점이 비제한 예를 통해 그리고 첨부 도면을 참조하여 제공되는 다음의 설명의 과정에서 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 이동 측정 장치의 개략 사시도이다.
도 2a는 광학 부재가 제1 위치에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 센서의 상의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 2b는 광학 부재가 제2 위치에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 2c는 광학 부재가 제3 위치에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 3a는 광학 부재가 상이한 형상을 갖고 센서의 픽셀이 수평 방향으로 정렬된 상태에서의 도 2a에 대한 대체도이다.
도 3b는 광학 부재가 상이한 형상을 갖고 센서의 픽셀이 수평 방향으로 정렬된 상태에서의 도 2a에 대한 대체도이다.
도 3c는 광학 유닛이 상이한 형상을 갖고 센서의 픽셀이 수평 방향으로 정렬된 상태에서의 도 2a에 대한 대체도이다.
도 4a는 픽셀이 제1 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 4b는 픽셀이 제2 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 카메라의 픽셀의 개략도이다.
도 4c는 픽셀이 제3 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 4d는 픽셀이 제4 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 4e는 픽셀이 제5 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 4f는 픽셀이 제6 실시예에 대응하는 구성에 있는 상태에서의 본 발명의 광학 장치의 센서 상으로의 광학 부재의 상의 외형부의 투영 그리고 동일한 센서의 픽셀의 개략도이다.
도 5a는 도 2a로부터의 세부 부분의 확대도이다.
도 5b는 광학 부재가 수평선에 횡단되는 외형부를 갖는 상태에서의 도 5a에 대한 대체도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 모듈들 사이의 관계를 설명하는 블록도이다.

도 1에 예로서 도시된 이동 측정 장치(1)는 적어도 1개의 광원(2), 그 이동이 측정될 요소의 가동 부분(5)에 연결되는 광학 부재(4), 센서(6) 그리고 분석 수단(8)(여기에서는 개략적으로 표현되고 그 최종의 실시 형태로 표현되지 않음)을 포함한다.

광원(2)은 센서(6)에 의해 포획되도록 광로를 따르는 고정 광속(9)을 생성한다.

광원(6)은 특히 그 동적 상태 범위의 큰 부분을 이용하도록 센서의 감도 그리고 마찬가지로 그 출력에 따라 조정되는 적어도 1개의 파장을 방출할 수 있다.

광원이 발생시키는 광속(9)은 바람직하게는 공간 면에서 균질한 강도 그리고 센서(6)의 측정 시에 일정한 강도로 되어 있다.

대체예에서, 광속(9)은 일부의 특정한 경우에 더 큰 강도를 가질 수 있다.

도 1에 도시된 실시예에서, 광원은 선 발생기 레이저(10)이다. 그러나, 다른 해결책이 고려될 수 있다.

특히, 광원은 LED, 레이저 다이오드 또는 레이저 다이오드 스트립(laser diode strip), 텔레센트릭 레이저(telecentric laser), 펄스형 레이저, 레이저 선 발생기 또는 1개 이상의 렌즈와 이들 해결책 중 임의의 조합, 광 섬유 조립체, 광 섬유 테이퍼(optical fiber taper), 콜리메이터(collimator), 1개 이상의 미러일 수 있다.

광원(2)은 선택 사항으로 더 균질한 광속(9)이 형성, 크기 조정, 변형 또는 유도될 수 있게 하는 1개 이상의 광학 장치(12)와 관련될 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 광학 장치(12)는 렌즈이다.

도시되지 않은 다른 실시예에서, 광원(2)은 복수개의 열의 픽셀을 보유한 복수개의 센서 또는 1개의 센서를 향한 평행 발광 평면을 발생시키도록 복제된다. 이러한 광원은 특히 센서의 신뢰성을 개선하기 위해 상이한 강도의 복수개의 파장 또는 발광 평면을 방출하도록 구성된다. 특히, 광원 또는 광원들에 의해 방출되는 각각의 파장은 주위 광과의 간섭을 제한하도록 선택된다.

렌즈(12) 또는 위에서 인용된 임의의 다른 광학 장치를 통과한 후에, 광속(9)은 광학 부재(4)에 의해 그 광로 상에서 차단된다.

광학 부재(4)는 그 이동이 측정될 가동 부분(5)에 체결되거나 그 일부를 형성하는 요소이다. 이는 바람직하게는 다양한 실시예에 따라 강성의 불투과성 또는 반사성 재료(또는 반사성 코팅을 갖는 재료) 또는 광을 발산시키는 재료(광 섬유)로 제조된다. 이는 바람직하게는 그 이동에 미칠 수 있는 영향을 제한하도록 가동 부분의 질량에 비해 무시 가능한 질량으로 되어 있다.

광학 부재(4)는 이동의 측정된 공간 치수 또는 치수들을 포함하는 평면 내에 또는 그 평면에 평행한 평면 내에 위치된다. 모든 경우에, 광학 부재(4)가 위치되는 평면은 광속(9)과 교차된다.

도 1에 도시된 실시예에서, 가동 부분(5)은 수직으로 이동된다. 여기에서, 광학 부재(4)는 불투과성이고, 유리하게는 이동에 직각 즉 수평인 방향으로 횡단 방향으로 투영되는 광속(9)을 차단한다.

이러한 방식으로, 광학 부재가 이동됨에 따라, 광학 부재(4)는 광속의 가변 부분을 차단하고, 이후에서 음영 영역(shadow area)으로서 불리는 가변 영역을 한정한다. 차단되지 않는 각각의 부분은 그 다음에 센서(6)의 픽셀 상으로 투영되어 그에 의해 포획된다.

도시되지 않은 제1 대체 실시예에서, 광학 부재(4)는 이동됨에 따라 광속(9)의 가변 부분을 반사하도록 1개 이상의 미러 등의 반사 수단을 포함한다. 광속(9)의 각각의 반사 부분은 그 다음에 센서(6)의 픽셀 상으로 투영된다.

모든 경우에, 광학 부재(4)의 치수는 센서 상으로 투영된 음영 영역 또는 발광 상의 최대 길이 및 두께가 센서의 총 감지 표면의 치수에 적절하도록 선택된다.

예컨대, 도 1에 도시된 실시예에서, 광학 부재는 256개의 픽셀을 포함하는 선형 센서 상에 18 ㎛ 높이에서 중심 설정되고, 각각의 픽셀은 12 ㎛의 측면 길이를 보유한 정사각형이다.

특히, 광속(9)은 센서(6) 상으로 투영되는 그로부터의 광이 센서(6)의 픽셀의 감지 표면의 큰 부분 또는 전체를 덮도록 된 두께를 가질 수 있다.

이 장치(1)는 광학 부재(4)와 센서(6) 사이의 광로 상에 그 기능이 특히 센서에 의해 수용된 상의 품질을 향상시키는 것인 고정 광학 투영 부재(13)를 포함한다.

특히, 이러한 투영 광학 부재(10)는 센서 상에 광학 상을 포커싱하는 수단, 센서(6)의 방향으로 광속(9)을 재유도하는 수단 그리고 센서(6) 상의 광학 부재(4)의 상을 크기 조정하는 수단을 개별적으로 또는 조합으로 포함한다.

도 1에 도시된 실시예에서, 투영 광학 부재(13)는 평면-오목 렌즈이다.

그러나, 수렴 또는 볼록 렌즈, 미러, 광 섬유 또는 광 섬유 테이퍼 등의 다른 요소가 고려될 수 있다.

도 1 그리고 또한 도 2a-c, 3a-c, 4a-f 및 5a-b에 도시된 실시예에서, 센서(6)는 선형 패턴으로 정렬 또는 배치되는 적어도 1개의 열의 픽셀로 형성되는 선형 광학 센서이고; 바꿔 말하면, 픽셀은 선을 따라 연장되어 연속 선형 감지 표면을 형성한다.

센서(6)는 그 상의 광학 부재(4)의 상의 이동이 측정된 공간 치수 또는 치수들 내에서 가동 부분(5)의 이동에 비례하도록 위치된다.

센서(6)의 픽셀의 개수는 단일의 픽셀에 비해 요구되는 추가의 디지털 정확도의 함수이다. 이러한 추가의 정확도가 n개의 비트로 되어 있으면, 센서의 픽셀의 개수는 2ⁿ이다. 따라서, 예컨대, 8개의 비트의 추가의 정확도는 256개의 픽셀을 요구한다.

센서(6)는 특히 CCD(전하-결합 소자) 센서, CMOS(상보성 금속 산화물 반도체) 센서, 광다이오드 어레이 타입 센서, 또는 전자 또는 광학 폐쇄 타입 센서이다.

도 2a-c는 도 1로부터의 광학 부재(4)에 의해 투영된 음영 영역(14)의 3개의 위치를 도시하고 있다. 이들 도면에서, 음영 영역(14)은 그 측면이 픽셀의 측면에 평행하고 센서(6)의 픽셀의 정렬 방향을 따라 이동되는 직사각형이다.

도 2a에서, 가동 부분은 중간 위치에 있고, 광학 부재(4)는 중간 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14)은 센서(6)의 픽셀의 어레이 상의 중간 위치를 갖는다.

도 2b에서, 광학 부재(4)는 높은 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14)은 센서(6) 상의 상부 픽셀을 향해 위치된다.

도 2c에서, 광학 부재(4)는 낮은 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14)은 센서(6) 상의 하부 픽셀을 향해 위치된다.

대체예에서, 광학 부재(4)는 가동 요소(5)의 이동 방향에 0이 아닌 각도로 2개의 비-평행 외형부를 갖고, 예컨대 광학 부재(4)의 음영 영역(14')은 도 3a-3c에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 가동 요소(5)의 이동 방향은 센서(6)의 픽셀의 열의 이동 방향에 직각이라는 것이 주목되어야 한다.

여기에서, 음영 영역(14')은 그 내부 모서리의 외형부가 센서(6)의 픽셀에 의해 수용된 광을 차단하는 삼각형에 의해 움푹해진 직사각형의 형상을 갖는다.

이와 같이, 도 3a에서, 광학 부재(4)는 중간 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14')은 광학 센서(6)의 어레이의 주변 픽셀 그리고 중심 부분의 일부의 픽셀을 덮는다.

도 3b에서, 광학 부재(4)는 높은 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14')은 광학 센서(6)의 주변 픽셀을 덮는다.

도 3c에서, 광학 부재(4)는 낮은 위치에 있고, 그에 따라 음영 영역(14')은 중간 픽셀을 제외하면 광학 센서(6)의 거의 모든 주변 픽셀을 덮는다.

광학 센서(6)의 픽셀의 어레이의 상이한 가능한 배열이 다음에 설명될 것이다.

도 4c, 4e 및 4f에 도시된 특정한 실시예에서, 픽셀은 이 장치의 광학 부재 또는 다른 요소의 바람직하지 못한 측방 이동의 기계적 보정 즉 센서(6)의 동적 상태의 오버샘플링(oversampling) 및/또는 개선을 제공하도록 (더 많은 열이 고려될 수 있지만) 2개의 열로 정렬된다.

픽셀의 각각의 열은 예컨대 상이한 파장에 민감하다.

대체예에서, 도 4b, 4d 및 4f에 도시된 실시예에서, 픽셀은 서로에 대해 경사져 있다.

도 2a의 확대도가 도 5a에 도시되어 있는 이러한 실시예에서, 음영 영역의 외형부 그리고 픽셀의 측면은 평행하다. 그럼에도 불구하고, 이들은 예컨대 도 5b에 도시된 실시예에서와 같이 경사형일 수 있다.

이들 도면에서, 음영 영역(14)은 여기에서는 수직선을 따라 광학 부재(4)의 이동을 거쳐 가동 부분(5)과 함께 이동된다. 이와 같이, 음영 영역(14)은 각각의 위치에서 센서(6)의 상이한 픽셀을 조사한다.

더 정확하게 말하면, 도 5a에서, 그 높이가 1과 1/2 픽셀에 대응하는 음영 영역(14)[이러한 높이는 광학 부재(4)의 치수에 따라 변화됨]은 픽셀(6.4)을 완전히 음영화하고, 픽셀(6.5)을 부분적으로 음영화한다. 다른 픽셀(6.1, 6.2, 6.3, 6.6, 6.7, 6.8)은 이들의 부분에 대해 광원(2)으로부터의 광속(9)에 의해 완전히 조사된다.

픽셀(6.n)의 각각에는 각각의 픽셀에 의해 수용된 광에 비례하는 아날로그 또는 디지털 수치가 할당된다. 그 수치는 그 다음에 분석 수단(8)에 의해 분석된다. 단일의 측정의 경우에, 그 수치는 가동 부분(5)의 위치의 계산을 가능케 한다. 주기적인 측정의 경우에, 그 수치는 가동 부분의 진동을 나타내는 디지털 신호의 계산을 가능케 한다.

도 6은 분석 수단(8)이 포함하는 다양한 모듈을 거쳐 그 동작을 도시하고 있다. 이들 모듈은 반드시 독립적일 필요는 없고 센서 등의 어떤 요소 내로 직접적으로 합체될 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 예컨대, 어드레싱 모듈은 센서 내로 직접적으로 합체될 수 있다.

센서(6)의 픽셀의 전기 또는 디지털 신호는 예컨대 어드레싱된 병렬 출력에 의해 또는 사용된 센서의 타입의 함수로서 펄스 스트림의 형태로 비교기 모듈(20)로 전송된다.

비교기 모듈(20)은 1개 이상의 임계치에 픽셀의 아날로그 또는 디지털 수치를 비교함으로써 픽셀을 정렬한다.

제1 실시예에서, 예컨대 픽셀의 광 포화 수치(light saturation value)의 1/2에 대응하는 임계치(S)만이 있다.

이러한 임계치(S) 아래의 수치를 취하는 픽셀은 음영 영역 내에 배타적으로 있는 것으로서 간주된다. 이들의 수치는 무시되고, 논리 수치(GB)(낮은 그룹 B)가 픽셀을 계수하도록 계수 모듈(22)로 보내진다.

이러한 임계치(S) 위의 수치를 취하는 픽셀은 조사 영역 내에 배타적으로 있는 것으로서 간주된다. 이들의 수치는 무시되고, 논리 수치(GH)(높은 그룹 H)가 픽셀을 계수하도록 계수 모듈(22)로 보내진다.

제2 실시예에서, 비교기 모듈(20)은 2개의 임계치 즉 낮은 임계치(SB) 및 높은 임계치(SH)에 픽셀의 수치를 비교함으로써 픽셀을 정렬한다. 제1 임계치는 바람직하게는 픽셀의 광 포화 수치의 0 내지 0.5배 예컨대 0.1배의 수치에 대응한다. 제2 임계치는 바람직하게는 광 포화 수치의 0.5 내지 1배 예컨대 0.9배의 수치에 대응한다.

이러한 임계치 아래의 수치(SB)를 취하는 픽셀은 음영 내에 배타적으로 있는 것으로서 간주된다. 이들의 수치는 무시되고, 논리 수치(GB)(낮은 그룹 B)가 픽셀을 계수하도록 계수 모듈(22)로 보내진다.

이러한 임계치 위의 수치(SH)를 취하는 픽셀은 조사 영역 내에 배타적으로 있는 것으로서 간주된다. 이들의 수치는 무시되고, 논리 수치(GH)(높은 그룹 H)가 픽셀을 계수하도록 계수 모듈(22)로 보내진다.

2개의 임계치 사이의 수치는 변환 모듈(26)로 보내진다. 이들은 광학 부재(4)의 외형부를 한정하는 부분 조사된 모서리 픽셀(도 5a에서 6.4 및 6.5)에 대응한다.

변환 모듈(26)은 아날로그 광학 센서의 경우에서의 아날로그/디지털 변환기 또는 디지털 광학 센서 또는 일체형 변환기를 보유한 센서의 경우에서의 디지털/디지털 변환기 중 어느 한쪽의 변환기이다.

이와 같이, 변환 모듈(26)은 분석된 픽셀로부터 얻어진 아날로그 또는 디지털 수치를 계수 모듈(22)로 보내지는 논리(디지털) 수치로 변환한다.

실시예와 무관하게, 비교기 모듈(20) 및 변환 모듈(26)의 동작과 병행하여, 어드레싱 모듈(24)은 각각의 픽셀의 어드레스 바꿔 말하면, 센서 상에서의 그 물리적인 위치를 수집한다.

어드레스는 센서(6)에 의해 공급되거나 센서의 병렬 출력(더 높은 판독 주파수를 가능케 하는 픽셀당 또는 픽셀의 그룹당 독립적인 출력)의 식별에 의해 얻어지고 및/또는 도착한 시리얼 데이터를 계수함으로써 얻어진다. 수집된 정보는 계수 모듈(22)로 전송된다.

계수 모듈(22)은 픽셀을 계수하고, 비교기 모듈(20)에 의해 전송된 논리 수치의 함수로서 그룹에 픽셀을 할당한다. 계수 모듈(28)은 또한 어드레싱 모듈(24)로부터 나오는 정보를 픽셀과 관련시킨다. 이와 같이, 각각의 픽셀은 어드레스 및 논리 수치와 관련된다.

2개의 임계치를 보유한 실시예의 경우에, 모서리 픽셀[즉, 임계치(SB, SH) 사이의 수치를 취하는 픽셀)을 나타내는 논리 수치는 특히 픽셀의 그룹의 정확한 한정의 확인을 가능케 한다.

이러한 분석 사이클의 종료 시에, 각각이 그룹 그리고 이들의 지정명 내에 포함된 픽셀의 개수, 타입 및 어드레스는 계산 모듈(28)로 보내진다.

계산 모듈(28)은 계수 모듈(22)로부터의 데이터를 수집하고, 기준 정보에 수용된 정보를 비교하여 그 디지털 오프셋을 계산함으로써 임의의 오차를 보정한다.

제1 타입의 보정은 각각의 그룹 내에서 계수된 픽셀에 소위 모서리 픽셀의 어드레싱 수치를 비교하는 단계를 포함한다. 차이가 검출되면, 이것은 계산 모듈(28)에 의해 보정된다.

이것을 대신하여 또는 이것에 추가하여, 계산 모듈(28)은 측정된 데이터와 기준 데이터를 비교하도록 기준 데이터를 포함하는 메모리 모듈(30)로부터의 정보를 사용한다. 이러한 정보는 가동 부분이 그 기준 위치에 있을 때에 얻어진 데이터에 대응한다. 이러한 데이터는 예컨대 교정 절차 중에 재초기화 또는 저장된다. 선행의 위치에 대한 측정 또는 이동의 측정에 대해, 선행의 측정에 대한 데이터가 사용될 것이다.

메모리 모듈(30)은 광학 부재(4)의 치수 등의 장치(1)의 특성 그리고 오차의 보정을 가능케 하는 또 다른 데이터를 또한 포함할 수 있다.

특히, 교정 중에, 메모리 모듈은 기준 교정 지점 또는 한 세트의 이러한 지점 그리고 중간 수치를 위한 내삽 모델을 합체한다. 이러한 내삽은 선형 모델을 채용하거나 광학 변형 또는 전자 왜곡 모델을 포함한다.

이것을 대신하여 또는 이것에 추가하여, 마모, 측정이 수행되는 매체의 변형(압력, 온도 등), 또는 광학 부재(4)의 변형 또는 장치의 임의의 다른 요소가 고려될 수 있는 자동-교정 프로토콜이 이 장치(1)에서 실시된다.

이러한 목적을 위해, 가동 부분(5)의 휴지 위치 및/또는 광학 부재(4)의 치수 등의 정보가 주기적으로 갱신된다.

마지막으로, 광학 부재(4)의 외형부의 투영과 관련된 광학 법칙은 데이터의 검증 및 보정을 가능케 한다. 특히, 측정된 이동의 삼각 보정 이외의 공간 치수 면에서의 광학 부재(4)의 이동의 삼각 보정이 수행될 수 있다.

임의의 오차가 보정되면, 계산 모듈(28)은 광학 부재(4)의 외형부의 상을 수용한 픽셀을 결정한다. 외형부의 상이 2개의 픽셀 사이에 있으면, 하나의 그룹으로부터의 픽셀 그리고 또 다른 그룹으로부터의 픽셀의 연속부는 이러한 위치를 나타낸다. 그룹 전이 후의 제1 픽셀은 외형부의 위치로서 선택된다.

2개의 임계치를 보유한 실시예의 경우에, 이들 픽셀은 특히 2개의 임계치 사이의 수치와 관련된 그룹 내에서 검색된다.

이와 같이, 광학 부재(4)의 외형부의 위치 그리고 결국 가동 부분(5)의 외형부의 위치가 결정된다.

특히, 계산 모듈(28)의 정확도는 N+n이고, N은 변환 모듈(26)의 비트 면에서의 정확도이고, n은 센서 내의 픽셀의 개수이다. 그러므로, 이 장치의 정확도는 변환 모듈(26)의 정확도에 대해 상승된다.

위에서 설명된 장치 및 방법의 실시예는 본 발명의 가능한 실시예일 뿐이고, 본 발명은 이들 실시예에 제한되지 않는다.

Claims (11)

1. 적어도 1개의 방향으로 이동되는 가동 요소의 이동을 측정하는 장치에 있어서,
   - 광속을 방출하도록 구성되는 광원과;
   - 광속을 차단하도록 구성되고 그 이동을 추적하도록 가동 요소에 부착되는 적어도 1개의 광학 부재와;
   - 광원에 대한 광학 부재의 상대 위치에 의해 결정된 투과 광속을 포획하도록 구성되는 적어도 1개의 픽셀 타입 센서로서, 픽셀은 이들의 적어도 일부가 가동 요소가 이동될 때의 그 위치에 따라 변화되는 조사광을 수용하도록 배치되는, 적어도 1개의 픽셀 타입 센서와;
   - 2개의 분명한 임계치와 적어도 1개의 센서의 픽셀로부터 얻어진 수치를 비교하여 픽셀에 논리 수치를 할당하도록 구성되는 비교기 모듈로서, 그에 의해,
   - 제1 임계치 아래의 모든 발광 수치에는 동일한 제1 논리 수치가 할당되고;
   - 제2 임계치 위의 모든 발광 수치에는 동일한 제2 논리 수치가 할당되고;
   - 2개의 임계치 사이에 위치되는 모든 발광 수치에는 계산 수단에 의해 처리되도록 구성되는 그 수치를 나타내는 그 수치의 변환 수치가 각각 할당되는,
   비교기 모듈과;
   - 비교기 모듈로부터의 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하도록 구성되는 계산 모듈
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
2. 제1항에 있어서, 광학 부재는 그 외형부의 적어도 일부가 가동 요소의 적어도 1개의 이동 방향과 0이 아닌 각도를 형성하는 마스크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
3. 제1항에 있어서, 광학 부재는 광속의 일부를 반사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 광학 부재의 외형부의 상을 크기 조정하여 이를 포커싱하도록 구성되는 제2 광학 부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 1개의 센서가 선형 패턴으로 배치되는 적어도 1개의 열의 픽셀로 형성되는 선형 광학 센서인 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 이동 방향 이외의 방향으로의 광학 부재의 이동에 삼각 보정을 적용하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 데이터의 도착의 순서대로 적어도 1개의 센서의 픽셀을 어드레싱하는 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
8. 제7항에 있어서, 픽셀의 어드레스 그리고 이들에 할당된 논리 수치에 따라 적어도 1개의 센서 형성 그룹의 픽셀을 계수하는 모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
9. 제8항에 있어서, 그 포획 수치가 제1 및 제2 임계치 사이에 위치되는 픽셀의 어드레싱 수치는 각각의 그룹 내에서 계수된 픽셀의 개수에 비교되는 것을 특징으로 하는 이동 측정 장치.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 이동 측정 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로폰.
11. 적어도 1개의 방향으로 이동되는 가동 요소의 이동을 측정하는 방법에 있어서,
    - 광속을 방출하는 단계와;
    - 광속을 차단하도록 구성되고 그 이동을 추적하도록 가동 요소에 연결되는 광학 부재를 위치시키는 단계와;
    - 광원에 대한 광학 부재의 상대 위치에 의해 결정된 투과 광속을 픽셀 타입 센서에 의해 포획하는 단계로서, 픽셀은 이들의 적어도 일부가 가동 요소가 이동될 때의 그 위치에 따라 변화되는 조사광을 수용하도록 배치되는, 단계와;
    - 2개의 분명한 임계치와 포획에 의해 얻어진 수치를 비교하여 픽셀에 논리 수치를 할당하는 단계로서, 그에 의해,
    - 제1 임계치 아래의 모든 발광 수치에는 동일한 제1 논리 수치가 할당되고;
    - 제2 임계치 위의 모든 발광 수치에는 동일한 제2 논리 수치가 할당되고;
    - 2개의 임계치 사이에 위치되는 모든 발광 수치에는 계산 수단에 의해 처리되도록 구성되는 그 수치를 나타내는 그 수치의 변환 수치가 각각 할당되는,
    단계와;
    - 비교기 모듈로부터의 데이터로부터 가동 요소의 위치를 결정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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