KR20170120658A - 카운팅 장치와 다단식 회전 인코더에서의 회전 각도를 측정하기 위한 장치 및 관련 센서들 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 장치들 및 다단식 회전 인코더들의 상태를 측정하기 위한 장치 및 관련 센서에 관한 것이다. 전자적으로 판독 가능한 장치들 및 멀티턴 회전 인코더들의 구성을 간단하게 하기 위해, 본 발명에 따라 적어도 하나의 회전 가능한 휠, 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 편광 센서를 포함하는 장치가 제안되고, 이 경우 휠은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 상기 휠의 부분들은 편광 필터로서 형성되며, 광원에 의해 방사되는 광은 편광 필터에 의해 편광될 수 있고 편광 센서에 의해 수신될 수 있다.
Description
본 발명은 카운터와 다단식 회전 인코더의 상태를 측정하기 위한 장치들의 분야 및 관련 센서들에 관한 것이다. 특히 본 발명은 하나 이상의 회전 가능한 휠, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치 및 하나 이상의 회전 가능한 휠과 상기 휠에 적어도 2:1의 비율로 기계적으로 연결된 측정 휠들, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 회전 각도 및/또는 회전을 측정하기 위한 장치의 용도에 관한 것이다.
다수의 응용예에서, 예를 들어 1/2 또는 완전한 회전 시 회전 각도를 결정할 수 있기에 충분하지 않다. 예를 들어 전기 계량기 또는 선형 드라이브의 스핀들에서 다수의 회전의 명확한 측정을 검출하기 위해, 간단한 각도 측정 장치의 신호를 기반으로 구성되는 전자식 카운팅 장치 외에도 기계식 카운터 및 기어가 사용될 수 있다. 이들은, 에너지 공급 없이도 카운터 상태를 유지하고 심지어는 센서 시스템으로 에너지 공급 없이도 계속해서 카운트하는 장점을 제공한다. 이는, 오류 시 관성이 있는 기계가 계속해서 움직이는 한편, 센서 시스템은 정전에 의해 작동하지 않는 경우에, 또는 스위치 오프된 상태에서 기계의 상태가 변경되는 경우에, 매우 중요할 수 있다.
이하에서 기계의 상태뿐만 아니라, 같은 의미로 장치의 상태, 즉 카운터 또는 기어의 상태에 관해 언급된다. 이러한 상태는 예컨대 기어의 톱니 휠 또는 카운팅 장치의 전체 휠의 각각의 회전 각도의 측정에 의해 설명된다.
카운팅 장치들은 또한 선형 센서들, 예를 들어 측정 범위를 확장하기 위한 당김 와이어(draw-wire)-거리계들에서 사용된다. 수동으로 판독 가능한 장치들에서 전자식 카운팅 상태 검출의 콤팩트성과 비용이 전자식 평가 시보다 더 크기 때문에, 일반적으로 상기 센서들은 상태의 직접적인 수동 평가를 허용하지 않고, 따라서 이 경우 전자식으로만 또는 수동으로만 판독 가능한 해결 방법들이 제공된다.
수동으로 판독 가능한 또는 기계식 카운팅 장치들은 물론 여러 분야에서 관심을 받는데, 그 이유는 상기 카운팅 장치들은 유지 보수 및 위험이 거의 없이 그리고 추가 전력 공급과 무관하게 작동하고 기능 또는 카운터 상태의 간단한 제어를 가능하게 하기 때문이다. 예를 들자면, 배터리 작동으로 또는 에너지 하비스팅(Energy-Harvesting)에 의해 그나마 일찍 전력화가 고려될 수 있지만, 높은 비용과 더 높은 유지 보수 비용 및 경우에 따라서 폭발 또는 누설 위험의 증가로 인한 안전성 문제가 수반되는 가스- 및 물 계량기이다. 전술한 당김 와이어 인코더(draw-wire encoder)의 경우에도 많은 응용예에서, 카운트 값이 순수 전자식으로뿐만 아니라, 카운터 자체가 무전류 상태라도 카운터에서 시각적으로도 판독될 수 있는 경우에, 추가 장점이 제공될 수 있다.
다수의 부분으로 이루어진 카운팅 장치에서 및 멀티턴 회전 인코더의 기어에서 회전 각도의 검출은 현재로서는 높은 비용을 수반한다. 일반적으로 장치의 각각의 기어 휠 또는 각각의 카운팅 휠에 독립적인 절대값-각도 센서가 설치되므로, 예를 들어 다수의 인코더 디스크는 시준 광원 및 정확히 조정된 멀티 트랙 센서를 필요로 하고, 또한, 상기 센서들은 백래시(backlash)에 의한 모호성을 제거하기 위해 서로 통신해야 한다. 이는 상당히 복잡하고, 상기와 같은 시스템을 고가로 만든다.
이러한 복잡한 방식의 구성의 원인은, 종래의 각도 센서들이 짧은 일정한 거리에서만 신뢰적으로 측정할 수 있기 때문이다. 예를 들어 1cm 직경의 자기 코드 디스크의 자계를 1cm의 거리에서 매우 정확하게 판독하는 것은 불가능한데, 그 이유는 이러한 거리에서 자계는 매우 작은 값으로 감소하기 때문이다. 다수의 자기 디스크를 앞뒤로 나란히 배치하면, 신호들은 서로 간섭할 것이다. 전형적인 광학 인코더(멀티 트랙 코드 디스크로 전달 또는 반사)의 신호들도 높은 조정 과정과 정밀 광학 렌즈에 의해서만 더 먼 거리에서 판독될 수 있는데, 그 이유는 산란광 및 오조정으로 인한 측정 오류가 신속하게 증가하기 때문이다. 그러나 이는 제한적으로 실시된다. 즉, EP143354호는 2개의 기어 단의 신호들의 중복을 기술한다. 더 광범위한 다단식 중복은 그러나 곧 구성의 복잡성을 높인다. EP1457762 호에서 각각의 센서와 다양한 코드 디스크 사이의 간격은 상이한 반경들을 갖는 실린더형 부재들에 의해 간단한 인코더에서 일반적인 간격으로 감소한다. 이는 적합한 복수의 부재 및 복잡한 3차원 형성물을 형성하는 상기 부재들의 조립을 필요로 하고, 모듈 시스템에 의해 더 많은 단 개수로 간단한 세분화(cascading)를 허용하지 않는다.
본 발명의 과제는 전자식으로 판독 가능한 장치 및 멀티턴 회전 인코더의 구성을 간단하게 하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항에 따른 장치 및 청구항 제 3 항에 따른 장치에 의해 해결된다. 상기 과제는 청구항 제 20 항에 따른 용도에 의해서도 해결된다. 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명의 제 1 교리에 따라 상기 과제는 적어도 하나의 회전 가능한 휠, 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 편광 센서를 포함하는 장치에 의해 해결되고, 상기 횔은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 이 경우 휠의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 광원에 의해 방사되는 광은 편광 필터에 의해 편광될 수 있고 편광 센서에 의해 수신될 수 있다. 특히 상기 과제는 하나 이상의 회전 가능한 휠, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치에 의해 해결되고, 상기 휠들은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 이 경우 휠들의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 상기 휠들은 적어도 부분적으로 중첩되고, 광원에 의해 방사되는 광은 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있고 편광 센서에 의해 수신될 수 있고, 이 경우 광은 다수의 휠을 통과할 수 있고, 편광 센서에 의해 수신된 광은 편광 필터들 중 하나의 편광 필터에 의해서만 편광된다. 광원에 의해 방사되는 광이 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있다고 하면, 이는 다양한 휠들의 투과성이고 편광 유지되는 영역들 및 편광 필터로서 형성된 영역들은, 광원에 의해 방사되는 광이 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있도록 치수 설계되어 배치되는 것을 의미한다.
휠은 카운팅 장치의 카운팅 휠일 수 있다. 절대값 측정으로 인해 편광 필터는 인코더-코드 디스크보다 작은 공간을 차지하고, 더 작은 센서에 의해 측정될 수 있다. 편광 필터의 모든 위치에서 동일한 신호가 측정될 수 있기 때문에, 조정 감도는 낮아진다. 매우 정밀한 공간 분해능 측정은 필요 없기 때문에, 광학 인코더의 경우보다 먼 거리에 걸쳐서 신호가 측정될 수 있다. 따라서, 다수의 추가의 투과성 장애물이 광의 편광을 확실하게 변경하지 않는 한, 광원으로부터 센서를 향하는 도중에 광 빔은 상기 장애물을 극복할 수 있다. 다수의 휠이 공통의 축에 설치되면, 각각의 편광 필터들은 바람직하게 상이한 반경을 가질 것이고, 따라서 공통의 광원 및 공통의 센서 어레이 또는 나란히 위치한 센서들이 측정을 위해 사용될 수 있다.
따라서 광학 인코더 또는 자기 센서들과 달리, 센서의 바로 근처에서 신호가 얻어지지 않아도 되며, 이는 예를 들어 EP 1 457 762호에서 복잡한 비평면적인 구조적 형상을 야기한다. 이러한 경우에 평평한 형태의 다양한 휠들이 사용될 수 있고, 이 경우 광원과 각각의 편광 필터 사이 또는 상기 편광 필터와 관련 센서 사이에 다른 휠들의 투과성이고 편광 유지되는 상이한 개수의 영역들이 위치할 수 있다. 다시 말해서 광원 근처에서 제 1 휠의 광은 편광될 수 있고, 편광 상태의 변동 없이 일련의 다른 휠들을 통과할 수 있는 한편, 마지막 휠의 광은 센서의 근처에 위치하고, 나머지 휠들의 통과 후에 편광되지 않은 광은 센서 바로 앞에서야 편광된다. 개별 휠들은 이 경우 실질적으로 동일하게 구성될 수 있고, 특히 디스크로서 구현될 수 있다. 동일한 축에 설치 시 바람직하게 각각의 편광 필터들의 반경만이 조정되면 된다.
적어도 센서에 의해 사용되는 파장 범위에 투과성이 요구된다. 적외선 범위에서 센서가 작동하면, 디스크는 눈에 대해 결코 투과성을 가질 수 없다. 따라서 예를 들어 카운팅 장치에서 검은색 배경에 일반적인 흰색 숫자가 구현될 수 있고, 휠들은 전체적으로 센서의 적외선광에 대해 투과성인 물질로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 실시예에 따라 적어도 하나의 휠에서 추가 코딩 및 이에 적합한 센서들이 제공되고, 상기 센서들은 360˚에 걸쳐 명확한 측정 범위를 형성한다.
편광 측정 180˚은 주기성이지만, 대개 360˚에 걸쳐 명확한 측정을 필요로 하기 때문에, 이러한 주기성의 형성을 위해 추가 신호가 이용될 수 있다. 이는 다양한 방식으로 이루어질 수 있다. 측정할 휠에서 공간 소모를 높이지 않고, 예를 들어 반원에서 더 많이 흡수됨으로써 편광 필터에 휘도 변조가 중첩될 수 있다. 유사하게 컬러 코딩이 이루어질 수도 있고, 상기 컬러 코딩은 2개의 반원의 구별을 가능하게 한다. 그러나 다른 반경을 갖는 휠에서 전형적인 광학 인코더의 2진 데이터 트랙과 유사하게, 예컨대 완전히 투과성이고 전체적으로 차단되어 형성된 적어도 하나의 제 2 신호 트랙의 이용이 더 실용적이다. 편광에 중첩되는 휘도 정보는 편광 센서 자체에 의해 측정될 수 있는 한편, 컬러 정보는 파장 선택 센서들에 의해 결정될 수 있다. 제 2 신호 트랙이 사용되면, 편광 센서 외에 다른 센서가 바람직하다. 휘도는 편광 센서에 의해서도 측정될 수 있기 때문에, 상기 센서는 물론 제 2 편광 센서일 수도 있다. 이러한 경우에 세그먼트화된 편광 필터에 의한 신호 트랙도 가능할 수 있다. 다양한 형상 변형들은 소정의 결과를 제공한다.
본 발명의 제 2 교리에 따라 상기 과제는 적어도 하나의 회전 가능한 휠과 적어도 2:1의 비율에 의해 상기 휠에 기계적으로 연결된 하나의 측정 휠, 적어도 하나의 광원 및 적어도 하나의 편광 센서를 포함하는 장치에 의해 해결되고, 이 경우 측정 휠은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 상기 측정 휠의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 광원에 의해 방사되는 광은 편광 필터에 의해 편광될 수 있고, 편광 센서에 의해 수신될 수 있다. 특히 상기 과제는 하나 이상의 회전 가능한 휠과 적어도 2:1의 비율에 의해 상기 휠에 기계적으로 연결된 측정 휠들, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치에 의해 해결되고, 이 경우 측정 휠들은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 상기 측정 휠들의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 상기 측정 휠들은 적어도 부분적으로 중첩되고, 이 경우 광원에 의해 방사되는 광은 측정 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있고, 편광 센서들에 의해 수신될 수 있고, 이 경우 광은 다수의 측정 휠을 통과할 수 있고, 편광 센서에 의해 수신된 광은 편광 필터들 중 하나의 편광 필터에 의해서만 편광된다. 광원에 의해 방사되는 광이 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있다고 하면, 이는 다양한 휠들의 투과성이고 편광 유지되는 영역들 및 편광 필터로서 형성된 영역들이, 광원에 의해 방사되는 광이 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있도록 치수 설계되어 배치되는 것을 의미한다.
360˚-명확성을 위한 보조 신호의 요구를 제거하기 위해, 다른 휠, 즉 측정 휠에서 편광 측정이 이루어질 수 있고, 이 경우 상기 휠은 회전 가능한 (카운팅) 휠의 1/2 속도로 최대로 회전할 수 있다. 이는 휠들 사이의 적절한 기어링에 의해 보장될 수 있다. 카운팅 장치의 각각의 카운팅 휠마다 고유의 측정 휠이 제공되면, 2:1의 회전 속도비가 특히 바람직하다. 이는 예컨대, 다양한 카운팅 휠들이 고유의 메커니즘 또는 고유의 기어에 의해 서로 커플링되는 배치 시 바람직하다. 10진 카운팅 장치에서 회전 속도비는 대개 10:1이고, 이 경우 카운팅 휠들은 주로 스탭핑 기어에 의해 구동된다. 카운팅 휠과 측정 휠 사이의 커플링은 간단한 기어링에 의해 이루어질 수 있다.
회전 속도비가 2:1보다 가급적 정수 팩터만큼 더 크면, 측정 휠에서 편광 측정에 의해 카운팅 휠의 360˚ 이상의 회전 범위에 걸쳐 명확한 각도 측정이 이루어질 수 있다. 이는 다단 기어가 주로 장착되는 멀티턴 회전 인코더에서 특히 바람직하다.
전술한 장치들의 실시예에 따라
- 다수의 휠은, 적어도 부분적으로 중첩하도록 배치되고,
- 다양한 휠들의 투과성이고 편광 유지되는 영역들 및 편광 필터로서 형성된 영역들은, 광원에 의해 방사되는 광이 다수의 휠도 통과할 수 있도록 치수 설계되어 배치되고, 이 경우 편광 센서에 의해 수신된 광은 편광 필터들 중 하나의 편광 필터에 의해서만 편광되고,
- 다양한 위치에서 다양한 휠들에 의해 편광된 광이 측정될 수 있다.
휠들의 기계적 설계에 따라 편광 필터와 보조 트랙은 공통의 회전축에서 다양한 반경에 또는 다양한 회전축들에 놓일 수 있다. 이로 인해 다양한 편광 필터 및/또는 보조 트랙에 의해 차례로 신호들이 측정될 수 있고, 이 경우 상기 신호들은 서로 간섭하지 않는 매우 콤팩트한 장치들이 구성될 수 있다. 이는, 공통의 광원과 다중 채널 센서들의 이용도 가능하게 한다. 광이 다수의 휠을 통과해야 하는 위치에서 측정이 이루어지는 것이 물론 필수적인 것은 아니다. 카운팅 휠들의 외부에 측정 휠들이 놓이는 것이 가능하고, 상기 휠들이 중첩하는 것도 가능하다. 기계적 커플링은 이 경우 당업자에 의해 적절하게 구성될 수 있고, 이 경우 기어링 외에 톱니 벨트 및 동일한 작용을 하는 다른 구조들이 이용될 수도 있다.
편광 측정은 축에서 및 축에서 벗어나서 동일하게 작동하기 때문에, 회전축에서(반경 0) 측정도 가능하다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 휠의 원주에 180˚ 주기로 기호들이 붙여진다.
카운팅 장치의 상태가 수동으로 판독될 수 있도록 하기 위해, 예를 들어 10진 카운터와 같은 카운팅 장치에서 카운팅 휠의 원주에 주로 숫자 기호들 0...9가 붙여진다. 이러한 경우에, 휠의 카운트 범위를 지나가도록 하기 위해 360˚ 회전이 필요하고, 개별 카운팅 휠들은 기호에 따라 대부분 10:1로 감속된다. 편광 센서들의 사용 시 보조 신호, 보조 트랙 또는 감속되는 추가의 휠들을 생략할 수 있도록 하기 위해, 180˚ 주기로 기호가 붙여지는 카운팅 휠의 변경이 바람직하고, 즉 360˚ 회전 시 두 번 연속해서 숫자 시퀀스 0...9가 나타난다. 따라서 이러한 경우에 카운팅 휠들 간의 감속비는 팩터 2만큼 감소할 수 있고, 즉 일반적으로 5:1로 선택될 수 있다. 이 경우, 어디에 그리고 얼마나 정확하게 기호가 붙여지는지는 중요하지 않다. 카운팅 휠에 커플링되며 기호가 인쇄된 톱니 벨트도, 판독 가능한 기호들이 회전하는 휠과 관련해서 180˚ 주기로 나타나고 따라서 180˚ 주기의 센서로 명확한 측정을 가능하게 하는 한, 동일한 목표를 충족한다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 기어는 적어도 2:1의 회전 속도비를 갖는 장치의 휠들을 연결하므로, 가장 빠른 휠의 복수의 완전한 회전 동안 장치의 적어도 하나의 휠 상의 180˚ 주기의 측정값들로부터 복수의 회전에 걸쳐 명확한 회전 각도가 결정될 수 있다.
360˚를 넘는 범위에 걸쳐 각도 측정을 위해, 즉 회전 측정을 위해 더 높은 감속비를 갖는 기어가 바람직하고, 또한 다단 기어도 바람직하다. 180° 주기의 센서로 휠에서 회전 측정이 이루어질 수 있도록 하기 위해, 상기 휠에 의해 구동되는 다음 휠은 최대 1/2 회전 속도로 회전해야 한다. 카운트 범위를 확장하기 위해, 훨씬 높은 감속비가 바람직하다. 이 경우 2:1의 적분 배수가 특히 바람직하다.
전술한 장치들의 개선예에 따라 장치는 기계식으로 작동한다.
장치의 상태가 기계식으로 작동하는 기어에 의해 변경되면, 이는 전기 에너지 없이도, 즉 센서 시스템이 작동하지 않을 때에도 이루어진다. 이는 한편으로는, 장치의 상태를 긴 시간 범위를 지나서도 유지하기 위해(저장하기 위해) 그리고 다른 한편으로는 또한 전기 에너지 없이도 상태를 변경할 수 있기 위해 바람직하다. 이는, 예를 들어 정전 후에 관성으로 인해 추가로 계속 작동하는 중기계에서 중요할 수 있다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 장치의 상태는 전기 없이도 판독 가능하다.
특히 장치의 상태가 기계적으로 변경되고 저장되면, 상태가 수동으로 판독될 수 있을 때 바람직하다. 응용예들은 정상적인 경우에 전기 에너지가 공급되지 않아도 되지만, 항상 판독되어야 하는 가스계량기 및 물 계량기이다. 이 경우 수동 판독은 특수한 장치 없이 누구에 의해서나 가능한 한편, 센서들의 판독은 경우에 따라서는 정비 요원에 의해서만 이루어진다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 상기 장치는 적어도 부분적으로 투과성인 하우징을 포함하고, 이 경우 장치는 부분적으로 매체에 노출되는 한편, 다른 부분들은 하우징에 의해 매체로부터 보호된다.
기계식 카운팅 장치가 예를 들어 물 또는 가스에 의해 구동되는 경우에, 광원 및 센서와 같은 전기 부재들이 상기 매체와 분리되어 유지되는 것이 바람직하다. 이는 이러한 장치에서 하우징 내의 광학 윈도우에 의해 이루어질 수 있거나 전체적으로 투과성인 하우징에 의해 이루어질 수 있다. 부식 방지 외에 이 경우에 폭발 방지도 장점이다. 임펠러(impeller)와 장치 사이의 다른 기계적 커플링, 예를 들어 다른 자기 커플링도 물론 고려될 수 있고, 이로써 휠과 편광 필터를 포함하는 장치의 기어도 매체로부터 보호될 수 있다.
임펠러란 여기에서 블레이드, 챔버 또는 유사한 특징들을 가지며 매체에 의해 구동되는 휠이다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 다양한 휠들의 센서 데이터들은 서로 연관된다.
다단 기어 또는 적어도 2개의 커플링된 휠에서, 절대 각도 측정이 180˚ 주기성이라도, 편광 측정은 절대 각도 측정을 가능하게 하는 것이 바람직하게 이용될 수 있다. 2개의 커플링된 휠이 N: 1의 회전 속도비를 갖고, 더 느린 휠의 각도 측정이 더 빠른 휠의 각도 측정보다 N-배 더 정확하면, 더 빠른 휠의 위치는 더 느린 휠의 위치로부터 명확하게 결정될 수 있고, 즉 측정 데이터들은 서로 무관하지 않다. 다양한 휠들의 측정 데이터들의 연관성은 기계적 유격에 관한 정보를 얻는 것을 가능하게 한다.
더 느린 휠에서 측정이 그렇게 정확하지 않은 경우에도, 더 빠른 휠의 가능한 상태에 대한 간격을 출력하는 것이 가능하다. 이와 반대로 더 빠른 휠의 상태를 위해 더 느린 휠의 가능한 상태들의 세트가 제공된다. 상기 정보는, 센서 신호들을 상호 조절하고 보정 데이터를 얻기 위해 이용될 수 있다. 이는, 경우에 따라서는 매우 느리게 회전하고 가끔 판독되는 장치들에서 바람직한데, 그 이유는 카운팅 장치에서 보정 데이터를 얻기 위한 기계적 이동은 실질적으로 불가능하기 때문이다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 회전 측정과 관련해서 각각의 휠을 위해 필요한 것보다 적어도 선행하는 휠에 대한 감속비 만큼 높은 분해능을 갖는 적어도 하나의 편광 센서의 센서 데이터들이 결정되고, 센서 및/또는 광원의 고장 시 나머지 센서 데이터로부터 장치의 상태에 관한 명확한 정보를 결정하는데 적합한 수단 또는 메커니즘이 제공되는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 특히 더 느린 휠들의 측정 데이터로부터 더 빠른 휠들의 상태에 관해 명확하게 추론될 수 있다. 상기 상태에 한편으로는 기계적 유격에 의해 및 편광 측정의 정확성 및 제한된 분해능에 의해서도 한계가 설정된다. 편광 측정은 아날로그 신호들을 우선 제공하기 때문에, 위치 결정을 위해 기계적으로 필요한 것보다 더 높은 분해능 및 정확도로 디지털화는 비교적 간단하다. N: 1의 감속비일 때 빠른 휠은 N 위치들에서 결정되어야 한다. 즉, 더 느린 휠의 경우에, 더 빠른 휠 상의 측정 데이터들이 중복될 수 있도록 하기 위해, N 회 이상 가능한 위치들을 결정할 수 있는 것으로 충분하다. 이러한 경우에 더 느린 휠에서 측정은 더 빠른 휠의 상태에 관한 정보도 제공한다. 2개 이상의 단에 의해 이러한 과정은 제한적으로만 바람직한데, 그 이유는 필요한 측정 정확성과 메커니즘에 대한 요구들이 매우 커지기 때문이다. 그러나 인코더 해결 방법과 달리 휠들 사이의 고분해능 각도 측정 및 심하게 감속된 회전 속도에 의해 기어 단의 개수를 줄이는 것이 가능한데, 그 이유는 수 비트를 위한 추가 복잡성은 편광 측정 시 오히려 비교적 낮기 때문이다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 장치의 기계적 기준 위치에서 편광 필터 및/또는 센서의 조정 오류는 센서들에 의해 측정 가능하고, 기준 신호로서 비휘발성으로 저장될 수 있다.
광학 인코더와 달리 편광 측정 시 특수한 조정 요구들이 제공되지 않고, 즉 편광 필터와 센서는 임의로 서로 이동될 수 있고, 센서와 측정할 휠의 예를 들어 반경 라인 사이의 상대 각도도 자유롭게 선택 가능하다. 편광 필터와 센서가 임의의 방향을 갖는 경우에, 이는 각도 변위된 측정 신호로서 파악될 수 있다. 이러한 각도 오류는 감산에 의해 간단하게 제거될 수 있으므로, 기계적 기준 위치에서 기준 측정에 의해 각각의 센서마다 이러한 각도 오류가 결정될 수 있다. 이러한 각도 오류는 비휘발성으로 저장되고 후속하는 측정들이 이러한 데이터로 교정될 수 있다. 이는 센서가 캐리어(기판)에 대해 갖는 거의 불가피한 위치 설정 부정확성 시에만 장점을 제공할 수 있고, 따라서 나머지 장치에 대한 기판의 적절한 각도의 조립도 교정된다. 특히 바람직하게, 휠들 상의 편광 필터의 조정 시 편광 필터와 휠이 서로 어떤 상대 각도를 갖는지는 중요하지 않고, 회전축을 중심으로 중간쯤에 센터링된 조립만이 바람직하고, 따라서 더 좁은 편광 필터 링이 사용될 수 있고, 촘촘하게 나란히 위치한 반경들에 다수의 센서가 설치될 수 있다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 편광 센서는 집적 회로이다.
편광 정보의 측정은 바람직하게 다양한 신호들의 상대 측정에 의해 이루어질 수 있고, 개별적으로 방향 설정된 편광 필터를 갖는 광 다이오드가 상기 신호들을 제공한다. 특히 바람직하게 각각 45˚로 서로 회전된 4개의 편광 필터들은 각각의 광 검출기 위에 배치된다. 편광과 관련해서 측정 축을 중심으로 회전하는 선형으로 편광된 광 조사 시, 광 검출기들은 차동 사인- 및 코사인 신호들을 제공하고, 상기 신호들은 매우 간단하게 그리고 높은 정확도로 평가될 수 있다. 이 경우 광 빔의 강도 및 편광도는 중요한 역할을 하지 않는데, 그 이유는 상대값만이 평가되면 되기 때문이다. 집적 회로로써 구현 시 이러한 상이한 센서 필드들은 최소 공간에 배치될 수 있고, 이 경우 특히 서로 회전된 집적된 편광 필터들의 각도 정확성은 매우 높다. 집적 회로는 추가 기능, 예를 들어 보정, 다른 센서들과 통신 등을 수행할 수 있다. 집적 센서들 및 필터들의 다른 배치 또한 이용될 수도 있다. 집적 회로를 위해 표준 공정 시, 예를 들어 CMOS-기술에서 특히 모놀리식 집적이 적합하고, 이 경우 130nm 또는 더 작은 기술에서 전형적인 최소 배선폭에 의해 가시 범위에서도 양호한 결과가 달성될 수 있다. 180nm-기술로 제조될 수 있는 구조들에 의해 적어도 적외선 범위에서 양호한 결과가 달성될 수 있다.
본 발명의 제 3 교리에 따라 상기 과제는 편광을 위한 센서 영역 및 편광을 위한 센서 영역 옆에 배치된 휘도를 위한 센서 영역을 포함하는 전술한 바와 같은 장치에 의해 해결되고, 휘도 센서의 휘도 정보의 평가를 위해 편광 센서에서 결정된 휘도가 기준 신호로써 이용된다.
장치는 조합된 편광- 및 휘도 센서를 나타낸다. 상대적 신호 강도들은 주로 전형적인 광학 인코더에서도 사용되고, 상기 인코더에서 실질적으로 2진 결정만이, 밝고/어두움이 내려져야 한다. 이 경우에도 입사하는 광의 사전에 공개되지 않은 휘도 또는 광원의 고장의 검출은 차동적 배치에 대한 증거이다. 인코더에서 이를 위해 2개의 신호 트랙이 필요하고, 상기 신호 트랙들은 역 코딩을 갖는다. 편광 센서가 추가 휘도 센서와 조합되면, 이러한 제 2 디지털 트랙이 절약될 수 있는데, 그 이유는 편광 센서에 의해 측정된 신호들의 합은 평균적으로 일정하고, (필터 손실을 무시하는 경우) 편광되지 않은 광의 대략 절반의 휘도에 해당하기 때문이다. 따라서 추가의 휘도 변조된 트랙에서 얻어진 정보와 편광 센서에 의해 결정된 휘도의 비교로부터 차동 정보가 얻어질 수 있다.
본 발명의 제 4 교리에 따라 상기 과제는, 편광 측정을 위해 앞에서 규정된 바와 같은 장치에 의해 해결되고, 이 경우 다수의 센서 영역들은, 독립적인 다수의 신호 소스의 신호들이 측정될 수 있도록 배치된다.
장치는 편광 측정을 위한 다중 채널 센서를 나타낸다. 광학 인코더에서 신호 트랙의 개수는 매우 많고 조정에 관한 매우 까다로운 요구를 갖는 한편, 편광 측정은 가장 간단한 경우에 하나의 트랙으로만 그리고 경우에 따라서는 360˚로 확장을 위한 보조 트랙으로만 이루어진다. 따라서 편광 센서는 인코더-센서보다 훨씬 작을 수 있다. 이러한 공간 절약은 개별 센서를 위해 비용상의 장점으로써 이용될 수 있다. 그러나 동일한 신호를 중복 측정할 수 있는 다른 센서 트랙을 위해 비워진 센서 공간이 사용되는 경우에, 또는 특히 다양한 휠들의 각도의 다중 채널 측정을 위해 카운팅 장치 또는 멀티턴 인코더의 사용 시 추가 절약 가능성이 제공된다. 다수의 응용예에서 측정할 휠들의 회전 속도는 매우 낮기 때문에, 이 경우 바람직하게 전자 부품들(예를 들어 아날로그-디지털 변환기)의 공통의 이용이 이루어질 수도 있다.
본 발명의 제 5 교리에 따라 상기 과제는 편광을 위한 적어도 하나의 센서 영역과 그 옆에 배치된 휘도를 위한 적어도 하나의 센서 영역을 포함하는 앞에서 규정된 바와 같은 장치에 의해 해결되고, 이 경우 휘도 정보의 평가를 위해 편광 센서에 의해 결정된 휘도가 기준 신호로서 사용되고, 상기 센서 영역들은, 다수의 독립적인 신호 소스의 신호들이 측정될 수 있도록 배치된다.
장치는 편광을 위한 적어도 하나의 센서 영역과 그 옆에 배치된 휘도를 위한 적어도 하나의 센서 영역을 포함하는 다중 채널 센서를 나타낸다. 편광의 측정을 위해 사용된 센서들을 휘도 측정에도 이용하는 것이 가능하다. 또한, 편광 센서의 센서 영역에 추가 센서들이 배치될 수도 있다. 그러나 공간적 분리 없이는, 휘도- 및 편광 정보들을 상호 영향 없이 측정하는 것은 어렵다. 휠에 추가 신호 트랙이 밝음/어두움-마킹으로서 편광 필터 옆에 제공되면, 나란히 위치한 센서 영역들에 의해 바람직하게 2개의 신호가 측정된다.
본 발명의 제 6 교리에 따라 상기 과제는 공통으로 이용되는 센서 영역에 편광을 위한 적어도 하나의 센서와 컬러를 위한 센서를 포함하는 앞에서 규정된 바와 같은 장치에 의해 해결된다.
장치는 조합된 편광- 및 컬러 센서를 나타낸다. 편광 측정을 저하시킬 수 있는 심한 강도 변조와 달리, 측정 영역의 360˚ 확장을 위해 컬러 정보도 이용될 수 있다. 이와 같은 장치는 편광 센서 시스템의 영역에 배치될 수도 있고, 이 경우 측정할 휠에서 추가 면적을 필요로 하지 않는다. 파장에 의존하는 센서들은 광 검출기 위의 광학 공진기 또는 컬러 필터에 의해 또는 예를 들어 다양한 깊이에 위치한 반도체 영역에 의해 구현될 수 있다. 바람직하게는 편광 측정에 영향을 미치지 않는 파장(파장은 편광되지 않거나 균일하게 편광되기 때문에 또는 편광 센서들은 상기 파장을 전혀 검출하지 않기 때문에)이 이용되거나, 시분할 다중화 시 한 번은 편광 정보가 그리고 한 번은 컬러 정보가 측정된다.
파장 측정은 추가 센서 영역 없이도, 광의 입사 방향으로 고정형 편광 필터 아래에 다수의 광 검출기들이 차례로 배치됨으로써 이루어질 수 있다. 이는, 예를 들어 실리콘에서 광의 투과 깊이가 파장 의존적이기 때문에 가능하다. 바람직하게 센서는 2개의 파장으로 작동될 수 있고, 상기 파장에 대해 유사한 강도의 편광 신호가 형성된다. 이는 회전 가능한 편광 필터에 중복되는 컬러 코딩 시 각각의 파장에서 적절한 휘도에 의해서도 또는 컬러의 다양한 강도의 광학 댐핑에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 파장들의 차이가 클수록, 예를 들어 한편으로는 확산 구역과 다른 한편으로는 주입된 영역으로 이루어질 수 있는 겹쳐진 광검출기들 사이에서 신호 흐름의 이동은 더 크다. 이러한 배치는 예를 들어 고유의 컬러 필터를 포함하는 별도의 센서들의 이용 시보다 공간 효율적이고, 이 경우 이러한 배치들도 본 발명에 따른다. 편광 센서들의 바로 근처에 그 위에 놓인 고정형 편광 필터를 포함하지 않는 겹쳐진 추가의 광다이오드들도 마찬가지로 목적을 수행한다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 측정을 위해 필요한 에너지는 무선으로 장치에 전송된다.
상태가 가끔 조회되는 기계식 카운팅 장치가 사용되면, 지속적인 전기 에너지의 공급은 필요 없다. 배터리 작동 또는 에너지 하비스팅의 이용도 예를 들어 가스- 및 물 계량기에서 반드시 바람직한 것은 아니다.
카운터 상태가 산발적으로만 결정되지만, 그럼에도 전자식으로 검출되면, 이러한 순간 동안 일시적인 공급이 이루어질 수도 있고, 이 경우 민감한 플러그 접속부들은 생략될 수 있고, 에너지는 예를 들어 유도 코일에 의해 또는 광원/태양 전지 조합에 의해 전송될 수 있다.
전술한 장치들의 실시예에 따라 측정된 신호들은 무선으로 장치로부터 전송된다.
카운터 상태들의 전자 검출이 수동 판독과 달리 실질적으로 가속 및 오류 방지를 위해 이용되면, 무선 또는 변조된 광에 의한 측정 데이터의 전송이 바람직하다. 특히 무선 전송은 더 먼 거리에 걸쳐서도, 즉 원격 측정에 의해 이루어질 수 있다. 이로 인해 판독할 카운터를 관찰해야 하는 필요성이 생략된다.
규정된 장치들, 특히 본 발명의 제 3 내지 제 6 교리에 따른 장치들은 바람직하게 회전 각도 및/또는 회전의 결정을 위해 이용될 수 있다.
본 발명은 계속해서 실시예들을 참고로 설명되며, 이를 위해 첨부된 도면이 참조된다.
도 1은 코드 디스크, 8:1의 감속비를 갖는 4단 기어 및 5-트랙 코드 디스크를 포함하는 멀티턴 회전 인코더를 위한 카운팅 장치를 간단하게 도시한 도면(선행기술).
100 1회전 내에 회전 각도 검출을 위한 외부에서 구동되는 메인 휠
101 고분해능의 코드 디스크(상세히 도시되지 않음)를 포함하는 넓은 반경 범위
102 고분해능의 코드 디스크(예를 들어 16비트)의 샘플링을 위한 센서 어레이
110a-110d 멀티턴 측정을 위한 기어 톱니 휠
111 기어 톱니 휠에서 각도 측정을 위한 코드 디스크(이 경우 5비트)
112 코드 디스크(111)의 샘플링을 위한 센서 어레이
도 2는 (예를 들어 가스계량기를 위한) 동축의 휠들로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치, 카운트 범위 0000...9999의 예를 간단하게 도시한 도면(선행기술).
200 공통의 샤프트
201 원주 상의 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠
202 여기에서 5비트를 갖는, 광학 인코더를 위한 코드 디스크
203 시준 광원들의 어레이(예를 들어 렌즈와 조리개를 포함하는 LED)
204 코드 디스크의 샘플링을 위한 센서 어레이
205 기계적 지지 수단
206 카운팅 휠의 원주 상의 기호(예를 들어 숫자 0...9)
도 3a는 편광 필터 및 원주 상의 2개의 기호 시퀀스가 설치된 동축의 휠들로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치를 간단하게 도시한 도면.
300 공통의 샤프트
301a-301d 원주 상의 2개의 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠
302a-302d 상이한 반경을 갖는 편광 필터 링
303 시준 광원들의 어레이(예를 들어 렌즈와 조리개를 포함하는 LED)
304 편광 센서들의 어레이
305 기계적 지지 수단
306 카운팅 휠의 원주 상의 기호(숫자 0...9, 0...9)
도 3b는 편광 필터 링(302)과 보어(300)를 포함하는 카운팅 휠들(301) 중 하나의 카운팅 휠을 도시한 평면도.
도 3c는 예를 들어 편광 필터 필름(310)으로부터 펀칭에 의한 다양한 반경을 갖는 편광 필터 링(302a-302d)의 바람직한 제조를 도시한 도면.
도 4는 2:1 감속되는 추가 톱니 휠을 포함하는 카운팅 장치의 유닛을 도시한 도면. 카운팅 휠이 완전한 회전을 하는 경우에, 편광 필터는 1/2회전만 하기 때문에, 카운팅 휠의 회전이 명백하게 편광 측정에 의해 이루어질 수 있다.
400 카운팅 휠
401 내측 스퍼 기어링
402 2배의 톱니 개수를 갖는 추가 톱니 휠
403 톱니 휠 상의 편광 필터 링
404 기계적 지지 수단
410 샤프트
411 추가 톱니 휠을 위한 짧은 샤프트
도 5는 편광 센서들을 이용하는 5개의 멀티턴 회전 인코더를 위한 카운팅 장치를 간단하게 도시한 도면.
500 1회전 내에 회전 각도 검출을 위한 외부에서 구동되는 메인 휠
501 고분해능 코드 디스크를 포함하는 넓은 반경 범위(상세히 도시되지 않음)
502 고분해능 코드 디스크(예를 들어 16비트)의 샘플링을 위한 센서 어레이
510a-510d 멀티턴 측정을 위한 기어 톱니 휠
511 기어 톱니 휠에서 각도 측정을 위한 편광 필터 링
512 511 후방에서 편광 측정을 위한 센서
도 6a는 편광 필터, 추가의 2진 보조 트랙 및 이를 위해 원주 상의 하나의 기호 시퀀스만이 설치된, 8개의 동축 휠(카운트 범위 00000000...99999999)로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치를 간단하게 도시한 도면.
600 공통의 샤프트
601 원주 상의 정규 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠(예를 들어 숫자 0...9)
602 카운팅 휠의 원주 상의 기호(예를 들어 숫자 0...9)
603 360˚에 걸쳐 명확한 측정을 위한 2진 보조 트랙(투과성/검은색)
604 상이한 반경을 갖는 편광 필터 링
605 광원, 예를 들어 LED
606 시준기(렌즈)
607 거울 또는 프리즘
608 센서들을 위한 기계적 지지 수단, 여기에서 지지 수단의 전방면의 각각 하나의 센서 어레이 및 후면의 각각 하나의 센서 어레이를 위한 지지 수단
609 보조 트랙을 위한 휘도 센서 및 편광 센서의 어레이
610 조명 장치의 영역
도 6b는 카운팅 휠들 중 하나의 카운팅 휠을 도시한 평면도.
도 6c는 도시된 조명 장치(601)로 편광- 및 휘도 측정을 위한 다수의 트랙(603, 604)의 신호들을 측정하기 위해 지지 수단(608) 위에 센서 어레이(609)의 가능한 배치를 도시한 도면.
도 7a는 편광 센서를 간단하게 도시한 평면도.
도 7b는 조합된 편광- 및 컬러 감지 센서의 센서 소자의 가능한 횡단면을 도시한 도면.
700 관련 센서 소자에 포함되는 고정형 편광 필터의 각각의 상이한 방향을 갖는 4개의 센서들을 포함하는 필드의 평면도.
701-704 상이하게 방향 설정된 고정형 편광 필터
705 고정형 편광 필터(701) 아래의 표면에 가까운 광검출기(실리콘에서 단파장에 대한 가시 광)
706 고정형 편광 필터(701)와 검출기(705) 아래의 더 깊게 위치한 광검출기(실리콘에서 장파장에 대한 가시광 및 근적외선)
707 투과성 영역, 예를 들어 유리
710 입사하는 편광된 광
100 1회전 내에 회전 각도 검출을 위한 외부에서 구동되는 메인 휠
101 고분해능의 코드 디스크(상세히 도시되지 않음)를 포함하는 넓은 반경 범위
102 고분해능의 코드 디스크(예를 들어 16비트)의 샘플링을 위한 센서 어레이
110a-110d 멀티턴 측정을 위한 기어 톱니 휠
111 기어 톱니 휠에서 각도 측정을 위한 코드 디스크(이 경우 5비트)
112 코드 디스크(111)의 샘플링을 위한 센서 어레이
도 2는 (예를 들어 가스계량기를 위한) 동축의 휠들로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치, 카운트 범위 0000...9999의 예를 간단하게 도시한 도면(선행기술).
200 공통의 샤프트
201 원주 상의 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠
202 여기에서 5비트를 갖는, 광학 인코더를 위한 코드 디스크
203 시준 광원들의 어레이(예를 들어 렌즈와 조리개를 포함하는 LED)
204 코드 디스크의 샘플링을 위한 센서 어레이
205 기계적 지지 수단
206 카운팅 휠의 원주 상의 기호(예를 들어 숫자 0...9)
도 3a는 편광 필터 및 원주 상의 2개의 기호 시퀀스가 설치된 동축의 휠들로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치를 간단하게 도시한 도면.
300 공통의 샤프트
301a-301d 원주 상의 2개의 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠
302a-302d 상이한 반경을 갖는 편광 필터 링
303 시준 광원들의 어레이(예를 들어 렌즈와 조리개를 포함하는 LED)
304 편광 센서들의 어레이
305 기계적 지지 수단
306 카운팅 휠의 원주 상의 기호(숫자 0...9, 0...9)
도 3b는 편광 필터 링(302)과 보어(300)를 포함하는 카운팅 휠들(301) 중 하나의 카운팅 휠을 도시한 평면도.
도 3c는 예를 들어 편광 필터 필름(310)으로부터 펀칭에 의한 다양한 반경을 갖는 편광 필터 링(302a-302d)의 바람직한 제조를 도시한 도면.
도 4는 2:1 감속되는 추가 톱니 휠을 포함하는 카운팅 장치의 유닛을 도시한 도면. 카운팅 휠이 완전한 회전을 하는 경우에, 편광 필터는 1/2회전만 하기 때문에, 카운팅 휠의 회전이 명백하게 편광 측정에 의해 이루어질 수 있다.
400 카운팅 휠
401 내측 스퍼 기어링
402 2배의 톱니 개수를 갖는 추가 톱니 휠
403 톱니 휠 상의 편광 필터 링
404 기계적 지지 수단
410 샤프트
411 추가 톱니 휠을 위한 짧은 샤프트
도 5는 편광 센서들을 이용하는 5개의 멀티턴 회전 인코더를 위한 카운팅 장치를 간단하게 도시한 도면.
500 1회전 내에 회전 각도 검출을 위한 외부에서 구동되는 메인 휠
501 고분해능 코드 디스크를 포함하는 넓은 반경 범위(상세히 도시되지 않음)
502 고분해능 코드 디스크(예를 들어 16비트)의 샘플링을 위한 센서 어레이
510a-510d 멀티턴 측정을 위한 기어 톱니 휠
511 기어 톱니 휠에서 각도 측정을 위한 편광 필터 링
512 511 후방에서 편광 측정을 위한 센서
도 6a는 편광 필터, 추가의 2진 보조 트랙 및 이를 위해 원주 상의 하나의 기호 시퀀스만이 설치된, 8개의 동축 휠(카운트 범위 00000000...99999999)로 카운팅하기 위한 수동으로 판독 가능한 장치를 간단하게 도시한 도면.
600 공통의 샤프트
601 원주 상의 정규 기호 프린트를 포함하는 카운팅 휠(예를 들어 숫자 0...9)
602 카운팅 휠의 원주 상의 기호(예를 들어 숫자 0...9)
603 360˚에 걸쳐 명확한 측정을 위한 2진 보조 트랙(투과성/검은색)
604 상이한 반경을 갖는 편광 필터 링
605 광원, 예를 들어 LED
606 시준기(렌즈)
607 거울 또는 프리즘
608 센서들을 위한 기계적 지지 수단, 여기에서 지지 수단의 전방면의 각각 하나의 센서 어레이 및 후면의 각각 하나의 센서 어레이를 위한 지지 수단
609 보조 트랙을 위한 휘도 센서 및 편광 센서의 어레이
610 조명 장치의 영역
도 6b는 카운팅 휠들 중 하나의 카운팅 휠을 도시한 평면도.
도 6c는 도시된 조명 장치(601)로 편광- 및 휘도 측정을 위한 다수의 트랙(603, 604)의 신호들을 측정하기 위해 지지 수단(608) 위에 센서 어레이(609)의 가능한 배치를 도시한 도면.
도 7a는 편광 센서를 간단하게 도시한 평면도.
도 7b는 조합된 편광- 및 컬러 감지 센서의 센서 소자의 가능한 횡단면을 도시한 도면.
700 관련 센서 소자에 포함되는 고정형 편광 필터의 각각의 상이한 방향을 갖는 4개의 센서들을 포함하는 필드의 평면도.
701-704 상이하게 방향 설정된 고정형 편광 필터
705 고정형 편광 필터(701) 아래의 표면에 가까운 광검출기(실리콘에서 단파장에 대한 가시 광)
706 고정형 편광 필터(701)와 검출기(705) 아래의 더 깊게 위치한 광검출기(실리콘에서 장파장에 대한 가시광 및 근적외선)
707 투과성 영역, 예를 들어 유리
710 입사하는 편광된 광
DE102005063524 호 및 DE102005031966 호에 따른 편광-회전 각도 센서들의 최근의 분류는, 절대 회전 각도를 조정에 민감하지 않게 상당히 먼 거리에서 측정하는 것을 가능하게 하는데, 그 이유는 회전 각도는 광학 인코더에서와 달리, 회전하는 편광 디스크의 모든 위치에서 균일하게 측정될 수 있고, 국부적인 코딩에 의존하지 않기 때문이다. 따라서 편광 측정은 다중 트랙(디지털) 코드 디스크 대신 하나의(아날로그) 트랙만으로 절대 각도의 결정을 가능하게 한다. 또한, 회전 인코더는 주변 조건에 따라 저렴한 플라스틱 필름으로 제조될 수 있고, 특히 커팅되거나 펀칭될 수 있다. 그렇지만 편광 측정의 180˚ 주기성은 고려되어야 한다.
도 1은 선행기술에 따른 멀티턴 회전 인코더를 상징적으로 도시한다. 구동되는 메인 휠(100)은 스퍼 휠로서 구현되고, 고분해능 코드 디스크(101)를 갖고, 상기 디스크는 적절한 센서 어레이(102; 시준 광원, 센서 및 평가 장치로 이루어진)에 의해 측정된다. 메인 휠의 기어링에 의해 다른 톱니 휠들(110)이 구동되고, 상기 톱니 휠들은 각각의 이전 휠에 대해 일정한 감속비를 갖고, 즉 단계적으로 더 느리게 회전한다. 이러한 톱니 휠들(110) 위에 또한 코드 디스크(111)가 설치되고, 상기 코드 디스크들은 센서 어레이(112)로 판독된다. 코드 디스크(111)와 센서 어레이(112)에 대한 요구들은 메인 휠에서보다 적고, 이는 한편으로는 제한된 기계적 감속비들 및 다른 한편으로는 센서 시스템을 위한 비용으로 인해 야기된다. 하나의 휠과 다른 휠 사이에 8:1의 감속비가 주어지고 기어는 메인 휠 외에 4개의 톱니 휠을 포함하는 것이 전제된다. 메인 휠(100)의 회전에 대한 명확한 카운트 범위는 이러한 경우에 8^4=4096 또는 12비트이다. 각각의 톱니 휠(110)마다 확실하게 0..7의 카운트 범위가 고려되어야 하므로, 휠마다 실질적으로 4 또는 5비트 분해능이 샘플링되어야 한다. 전체적으로 선행기술에 따라 예컨대 각각 4개의 센서와 4개의 시준 광원을 갖는 4개의 추가 코드 디스크는 서로 정확하게 정렬되어야 한다(16개의 광 배리어). 센서 어레이들(112)은 이 경우, 상기 센서 어레이가 각각 하나의 톱니 휠(110)의 신호만을 기록하도록 배치될 수 있다. 또한, 작은 작동 간격이 유지되는 것이 보장될 수 있다. 따라서 경우에 따라서는 센서들은 하나의 평면에 배치되지 않는다. 코드 디스크(101)의 각각의 트랙이 겨우 1mm의 폭을 갖는 경우에, 코드 디스크는 적어도 4mm의 반경 범위를 포함해야 한다. 조명된 영역 및 관련 센서 어레이 자체는 상응하게 커야 한다.
도 2는 공통의 샤프트(200) 상의 4개의 숫자 휠(201)(카운트 범위 0..9999), 코드 디스크(202) 및, 각각의 숫자 휠을 위한 시준 광원(203)과 센서 어레이(204)로 이루어진 광학 절대값 인코더를 갖는 전자적으로 판독 가능한 카운팅 장치의 개략적인 구성을 도시하고, 이 경우 센서 시스템은 캐리어(205)에 의해 위치 고정된다. 기계식 (스탭핑-) 기어는 도시되지 않는다. 원주에 균일하게 붙여진 기호들(206)(예를 들어 숫자 0..9)을 명확하게 할당하기 위해, 여기에서도 360˚에 걸쳐 4 내지 5 비트의 각도 분해능이 필요하고, 즉 코드 디스크의 폭과 센서 어레이 등의 크기에 대한 고려는 당분간 동일하게 유지된다. 카운팅 장치에서 다수의 휠이 차례로 공통의 회전축에 배치되기 때문에, 광 배리어의 설치는 멀티턴 인코더에서보다 더 복잡하게 이루어진다. 시준 광원(203)과 센서 어레이(204)가 휠 트레인(202)의 2개의 측면에 모아질 수 있는 경우에, 구성의 단순화가 이루어진다. 그러나 유감스럽게도 코드 디스크(202)의 필수 폭은, 디스크의 반경이 훨씬 커져야 할 정도로 크다. 예를 들어 3개의 휠에 한 번에 광을 통과시키기 위해, 하나의 휠은 축 가까이에 코드를, 하나의 휠은 중앙에 그리고 하나의 휠은 원주 가까이에 코드를 가져야 하고, 즉, 각각의 휠은 다른 직경을 갖는 복합 코드 디스크를 필요로 한다. 특히 시준 광 빔은 휠들의 거의 전체 반경에 걸쳐 형성되어야 하고, 이는 예를 들어 발광 다이오드, 렌즈 및 조리개의 어레이에 의해 (데이터 트랙당 하나) 구현될 수 있다.
또한, 코드를 확실하게 판독할 수 있기 위해, 각각의 개별 데이터 트랙이 더 큰 작동 간격에 의해 넓어져야 하는 가능성이 있다. 하드웨어 및 비용의 가능한 감소는 따라서 제한된다.
동일한 반경의 복수의 코드를 조합하는 것은, 그와 달리 매우 복잡하게만, 예를 들어 협대역 흡수형 컬러 코딩 및 다색 또는 백색 광원에 의해 가능하다. 다수의 휠의 연속 평가는 자기적으로는 불가능한데, 그 이유는 자계가 중첩되고 먼 거리에서 측정될 수 없기 때문이다.
본 발명에 따라 도 3a에 도시된 바와 같이 편광 필터와 편광 센서를 이용함으로써 장치의 더 간단한 구조가 이루어진다. 다중 비트 코드 디스크 대신 편광성 물질로 이루어진 링(302)이 사용된다. 각각의 휠(301)의 주요 부분들이 투과성이고, 특히 편광 유지된다. 휠들이 동축으로 배치되면, 각각의 휠은 바람직하게 다른 반경의 편광 필터 링(302a..302d)을 가질 것이다. 해당하는 원디스크는 특히 저렴하게 하나의 편광 필터 필름으로부터 펀칭될 수 있다(도 3c).
편광 측정은 아날로그 절대 각도 측정을 가능하게 하기 때문에, 예를 들어 1mm 폭의 스트립으로 정확한 절대 각도 측정이 가능하다. 모호성(편광은 180˚ 주기적이다)의 식별은 보조 신호들, 예를 들어 중복된 코딩(투과성, 컬러, 광학 축에서 벗어나는 광학 부재들)에 의해 또는 적어도 하나의 추가 2진 트랙에 의해 이루어질 수 있다(상기 트랙에 의해 각각의 휠마다 예를 들어 전체적으로 2mm의 반경 범위가 필요할 것이다). 이로써 선행기술에 따라 4비트 인코더를 위해 하나의 휠을 필요로 하는 반경 범위에서 이제 2개 또는 심지어 4개의 휠의 각도가 측정될 수 있다.
휠 트레인이 편광 측정의 180˚ 주기성에 맞게 조정되면, 더 충분한 단순화가 이루어진다. 수동으로 판독 가능한 장치들의 경우에 이를 위해, 도 3a에 도시된 바와 같이, 원주에 차례로 2개씩 기호 시퀀스(예를 들어 숫자 0...9)가 프린트될 수 있다. 카운팅 휠들 사이의 감속 기어는 이 경우 10:1이 아니라 5:1로 감속된다. 즉, n번째 휠의 1/2 회전 후에 n+1번째 휠은 기호에 의해, 즉 종래의 360˚ 주기로 프린트된 휠과 관련해서 1/2 각도만큼 더 회전한다.
대안으로서 종래의 카운팅 휠들이 사용될 수 있고, 각각의 카운팅 휠마다 추가 톱니 휠들이 제공될 수 있고, 상기 톱니 휠들은 카운팅 휠의 각각의 완전한 회전마다 1/2 회전만을 하고, 따라서 180˚ 주기 센서로도 명확한 측정을 가능하게 한다. 도 4는 예시적으로, 카운팅 휠(400)(도시되지 않은 카운트 메커니즘에 의해 구동됨)이 회전축(410) 상에 내측 기어링(401)을 갖고, 바람직하게 2배의 톱니 개수를 갖는 톱니 휠(402)을 구동하고, 상기 톱니 휠에 편광 필터 링(403)이 설치되는 배치를 도시한다. 기계적 고정부(404)는 이 경우 고유의 짧은 회전축(411) 상에서 톱니 휠(402)의 위치를 보장한다. 도 3a에서처럼 다양한 카운팅 휠을 위해 다양한 반경을 갖는 편광 필터 링들이 사용되고, 이 경우 상이한 톱니 휠들(402)을 위해 다양한 회전 중심의 적절한 선택에 의해 동일한 편광 필터 반경들도 중복 사용될 수도 있고, 이는 특히 콤팩트한 배치를 가능하게 한다.
상응하게 멀티턴 회전 인코더의 기어들도 형성될 수 있다. 측정은 이 경우 톱니 휠의 중첩 영역에서도 이루어질 수 있는데, 그 이유는 각각의 편광 필터 링이 필요로 하는 공간은 인코더 디스크에서보다 작기 때문이다. 따라서 다중 채널 편광 센서들이 사용될 수도 있고, 상기 편광 센서들은 복수의 톱니 휠의 각도를 동시에 검출한다. 도 5는 이를 360˚를 위해 추가 2진 트랙을 포함하지 않는, 즉 편광 필터 링만을 포함하는 버전으로 도시한다.
180˚마다 측정 신호의 반복은 각각의 후속하는 기어 단에 의해 포착될 수 있고, 상기 기어 단의 명확한 카운트 범위는 따라서 기어 감속비에 대해 반으로 줄어든다. 이를 가능하게 하기 위해, 기어 감속비는 적어도 2:1이어야 하고, 즉, 제 1 휠의 완전한 회전 후에 제 2 휠은 최대 1/2 회전할 수 있다. 훨씬 더 높은 감속비, 특히 2:1의 배수가 바람직하고, 이로써 카운터의 전체 수명에 걸쳐 보정 없이 정확한 신호를 제공할 수 있기 위해, 센서의 완전한 각도 정확성에 대한 요구들이 증가하지 않고, 각각의 휠마다 다수의 비트 카운트 범위가 얻어진다. 광학 인코더에 관해서 먼저 하나의 비트가 180˚ 주기에 의해 없어지고, 동일한 또는 더 작은 공간에서 유사한 절대 각도 측정에 의해 전적으로 더 높은 분해능, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시된 4 또는 5비트 대신 각각 8비트가 얻어진다.
대안으로서 회전하는 편광 필터는 여기에서도 또한 별도의 2:1-감속비에 의해 구동될 수 있으므로, 실제 카운팅 장치의 구조는 360˚ 주기의 센서를 위한 전형적인 구조적 형상과 달리 변경되지 않는다.
편광 센서는 바람직하게 집적된 편광 센서로서 구현된다. 상기 센서의 장점은 집적된 편광 필터의 소형화 및 고유의 양호한 각도 정확성 외에 디지털화, 에러 보정 및 다른 센서들과 통신을 위한 추가 기능들의 간단한 집적이다. 또한, 최소 공간에서 편광 측정은 회전 가능한 편광 필터 링에 대해 조정 오차를 허용한다. 이 경우 도 7a에 도시된 바와 같이, 각각 45˚만큼 회전된 집적된 4개의 편광 필터를 포함하는 배치들이 특히 바람직하다.
원주에 판독 가능한 숫자들(주로 0...9)이 배치된 장치들의 경우에 분해능 및 정확성에 대한 요구는 상당히 낮고, 그 대신 조회할 휠의 개수는 더 많은 것이 일반적이다(예를 들어 8 내지 12개). 판독 가능한 숫자의 배치를 위해 물론 소정의 최소 반경이 필요하기 때문에, 이 경우 멀티 트랙 광 투과가 간단하게 가능하다. 광원과 센서들의 적절한 배치에 의해 필요한 발광 다이오드와 센서의 개수는 더 최소화될 수 있다. 4개의 LED와 4개의 2-채널 편광 센서로 8개의 휠이 쉽게 판독될 수 있고, 이 경우 모든 센서는 공통의 기판에 배치될 수 있고, 회전축에 대한 간격만이 조정 파라미터로서 중요하다(도 3). 360˚에 대한 명확성은 이 경우에도 추가 트랙, 중복된 코딩 또는 180˚ 주기의 프린팅 및 기어 조정에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어 캐리어 기판의 리세스 내로 매립되어 설치될 수 있는 플랫 칩-하우징의 사용 시 양 측면의 신호 수신에도 불구하고 1mm 미만의 기판의 전체 두께가 가능하므로, 매우 콤팩트한 카운팅 장치가 간단하게 구현될 수 있다.
카운팅 휠의 개수가 많은 경우에(예를 들어 > 8), 광원과 센서 사이의 거리뿐만 아니라 광학 인터페이스(공기와 플라스틱 또는 유리가 교대하는)의 개수도 증가한다. 이러한 방식으로 한편으로는 광은 반사에 의해 소실되고, 다른 한편으로 광은 산란광의 형태로 부적합한 센서에 도달할 수 있다. 산란광은 적절한 조리개에 의해 센서로부터 이격될 수 있다. 광원과 편광 필터 사이에서 다중 반사는 비교적 비임계적이다. 편광 필터와 센서 사이에서 반사는 그러나 측정 결과에 교란하는 영향을 미칠 수 있다. 전형적인 카운트 범위 0..9는 특히 까다로운 요구를 갖지 않더라도, 경우에 따라서는 광원과 센서 사이의 극복할 인터페이스의 개수를 줄이는 것이 바람직하다. 도 6은 예시적으로, 많은 개수의 카운팅 휠이 어떻게 전자적으로 간단하게 샘플링될 수 있는지 도시한다. 명료함을 위해, 도 4처럼 360˚ 명확성을 위한 추가 톱니 휠들을 사용하는 대신, 이 경우 추가의 2진 트랙의 사용이 제시된다. 이러한 경우에 편광 센서는 적절한 간격에서 휘도 신호도 평가해야 한다. 이 경우 차동 트랙은 생략될 수 있는데, 그 이유는 조명을 위해 예를 들어 편광되지 않는 LED를 사용하는 경우에, 편광 센서는 근사적으로 휘도 신호의 절반의 강도를 기록하기 때문이다. 편광 센서에 의해 검출된 신호와 2진 트랙의 비교는 따라서 광 세기와 무관하며 더 확실하게 평가될 수 있는 상대적 정보를 제공한다.
나란히 놓인 센서들은 다중 채널 센서에 의해 구현될 수도 있다. LED를 절약하기 위해, 도 6에 2개의 센서 그룹마다 하나의 LED의 빔이 사용된다. 상기 센서 그룹들은 통합되어 각각 하나의 2-채널 센서를 형성하고, 상기 센서는 공통의 기판 위에 어셈블리의 중앙에 다른 센서 그룹들과 함께 배치되므로, 8개의 카운팅 휠의 신호들이 검출된다. 센서 하우징(예를 들어 기판의 리세스에 매립된 플랫 팩(flat-pack))의 적절한 선택에 의해 어셈블리를 포함한 기판은 매우 얇아질 수 있다(< 1.5mm). 예를 들어 카운팅 휠-외부 링의 영역에서 기판의 밀링에 의해 이들 사이의 필수 간격은 더 감소할 수 있는데, 그 이유는 기계적 강성에 대한 까다롭지 않은 요구만이 주어지기 때문이다. 측면 조립 공간을 감소시키기 위해, 광 빔의 편향이 바람직할 수 있다. 즉 광원(LED; 605)에 의해 방사되는 광은 렌즈(606)를 통과한 후에 거울 또는 프리즘(607)을 이용해서 편향될 수 있다. 607을 위해 부분 거울 반사의 이용 시, 그 뒤에 위치한 제 2 거울을 포함하는 다른 영역에 광을 제공하는 것도 가능하므로, 광원의 개수는 더 감소할 수 있다.
편광 센서의 아날로그 센서 신호들을 고분해능 각도로 변환하는(디지털화) 것은 비교적 간단하다. 따라서 구조로 인해 5비트만이 필요하더라도, 약간 더 복잡하게 예를 들어 10비트 디지털화도 가능하다. 이와 같이 얻어지는 더 많은 정보는 예를 들어, 다양한 센서들의 신호들을 상호 조절하기 위해 그리고 교정- 또는 보정 데이터를 얻기 위해 이용될 수 있다. 고분해능 측정은 특히, 비트 분해능이 기어 감속비에 따라 필요한 것보다 2배 이상 높은 경우에(예를 들어 5비트 대신 10비트), 센서 또는 광원의 결함 시에도 장치는 여전히 정보 손실 없이 판독될 수 있는 가능성을 제공할 수 있다. 이는 디지털 인코더 디스크를 포함하는 멀티턴 회전 인코더 또는 일반적인 장치에서는 실제로 불가능한데, 그 이유는 각각의 추가 비트의 경우에 상당한 추가 복잡성을 필요로 하기 때문이다.
여기에 기술된 장치에서 또한, 카운팅 장치가 기계적으로만, 즉 전력 공급 없이 작동할 수 있는 것이 중요하고, 이 경우 카운터 상태 손실의 위험은 없다. 이는 예를 들어, 전기적 오류 시 조절되지 않고 계속해서 작동하거나 유지 보수 중에 이동하는 또는 전기적 기능이 중단되더라도 기계들이 부적절한 조건에서 계속해서 조작될 수 있어야 하는 중기계에서 중요하다.
복잡성이 상당히 감소함으로써 또한 바람직하게, 다단 센서들에 수동으로 판독 가능한 코드 디스크가 설치될 수도 있고, 이로써 상기 센서들은 스위치 오프된 상태에서도 전자 보조 수단 없이 판독할 수 있고 또는 기존의 순수 기계식 카운팅 장치에 추가 센서 시스템을 설치할 수 있으므로, 편의성 또는 효율이 얻어질 수 있다. 이에 대한 예는 전류, 가스 및 물의 계량기이고, 또한 스핀들 드라이브를 위한 당김 와이어-거리계 또는 멀티턴 회전 인코더의 경우에도 이는 기존의 기능의 경제적인 확장이다.
도면은 편광 측정이 이루어지는 장치들 또는 멀티턴 회전 인코더의 가능한 구현의 특징들만을 기계적인 상세한 부분의 묘사 없이 도시한다. 다수의 변형예들이 고려될 수 있고, 당업자에 의해 간단하게 구현될 수 있다.
분해능 및 정확성에 관한 요구에 따라 메인 휠에서 임의의 센서 시스템이 사용될 수 있다. 특히 고분해능 광학 인코더 대신 편광 센서 또는 자기 센서가 사용될 수도 있다.
투과광-센서 시스템의 이용은 편광 측정을 위해 바람직하지만 필수적인 것은 아니다. 편광 필터 후방의 반사기를 이용해서도 반사 센서 시스템이 사용될 수 있다.
편광 측정의 360˚ 확장을 위해 추가적인 컬러 코딩이 이용되면, 센서 영역을 절약하기 위해 편광 측정에 컬러 측정을 통합하여 컬러 코딩을 편광 측정에도 연계하는 다양한 방법이 제공된다. 예를 들어 컬러층들 또는 광학 공진기에 의해 구현된 광검출기 상의 컬러 필터 외에 다양한 깊이에 위치한 광검출기의 광전류가 반도체와 관련해서 설정될 수 있다. 단파 광의 투과 깊이는 적외선 광의 투과 깊이보다 훨씬 더 작기 때문에, 예를 들어 확산형 검출기와 주입형 검출기로 이루어진 검출기 스택은 일반적인 반도체 기술에서 크게 복잡하지 않게 구현될 수 있다. 해당 센서들은 카메라 이용을 위해 단독으로 사용된다. 이러한 센서 스택은 휠 상의 고유의 신호 트랙에서 컬러 정보를 측정할 수 있다. 그러나 컬러- 및 편광 정보의 중첩은 더 공간 효율적이고, 이러한 중첩 시 예를 들어 각각의 반원 당 2개의 컬러 중 하나의 컬러만이 센서에 도달하고, 상기 센서는 동일한 공간에서 2개의 측정을 실시한다. 이는 편광과 컬러를 위한 촘촘하게 인접한 센서들에 의해 이루어질 수 있지만, 고정형 편광 필터에 의해 커버되는 컬러 감지 센서 스택에 의해서도 이루어질 수 있다. 도 7b는 이를 이와 같은 배치의 횡단면에 도시한다.
편광 측정의 이용의 장점은 다음과 같이 요약된다:
- 편광 링들의 선택적인 반경
- 각도 측정은 편광 링의 모든 위치에서 이루어질 수 있고, 센서는 회전되어 설치될 수도 있다(예를 들어 설치 각도의 전자식 (디지털) 보정)
- 절대 각도 측정에 의한 감소한 반경 범위
- 이로 인해 더 작은 휠이 가능
- 먼 거리에서 측정 가능성은 후방에 놓인 휠들에서 측정을 가능하게 하고
- 이로 인해 센서 어레이로 다수의 휠의 회전 각도를 검출하는 가능성이 제공되고
- 편광 측정의 분해능은 신호 처리에만 의존하고, 광학 인코더의 경우보다 훨씬 클 수 있고
- 180˚ 주기의 단점은 선택적으로 보조 신호, 예를 들어 추가의 디지털 트랙 또는 편광에 중첩되는 정보에 의해 피할 수 있거나, 기어의 설계에 의해 제거될 수 있다(예컨대 2:1의 감속비를 갖는 보조 톱니 휠에 의해 또는 후속하는 기어 단의 카운트 범위의 감소에 의해).
Claims (20)
- 하나 이상의 회전 가능한 휠, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치로서, 상기 휠들은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 상기 휠들의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 상기 휠들은 적어도 부분적으로 중첩되고, 상기 광원에 의해 방사되는 광은 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있고 편광 센서들에 의해 수신될 수 있고, 상기 광은 다수의 휠을 통과할 수 있고, 편광 센서에 의해 수신된 광은 편광 필터들 중 하나의 편광 필터에 의해서만 편광되는 것인 장치.
- 제 1 항에 있어서, 적어도 하나의 휠에서 추가 코딩 및 이에 적합한 센서들이 제공되고, 상기 센서들은 360˚에 걸쳐 명확한 측정 범위를 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 하나 이상의 회전 가능한 휠과 적어도 2:1의 비율에 의해 상기 휠에 기계적으로 연결된 측정 휠들, 적어도 하나의 광원 및 하나 이상의 편광 센서를 포함하는 장치로서, 상기 측정 휠들은 적어도 부분적으로 투과성이고 편광 유지되며, 상기 측정 휠들의 부분들은 편광 필터로서 형성되고, 상기 측정 휠들은 적어도 부분적으로 중첩되고, 광원에 의해 방사되는 광은 측정 휠들의 편광 필터에 의해 편광될 수 있고, 편광 센서들에 의해 수신될 수 있고, 상기 광은 다수의 측정 휠을 통과할 수 있고, 편광 센서에 의해 수신된 광은 편광 필터들 중 하나의 편광 필터에 의해서만 편광되는 것인 장치.
- 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 위치에서 다양한 휠들에 의해 편광된 광이 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 휠의 원주에 180˚ 주기로 기호들이 붙여지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 기어는 적어도 2:1의 회전 속도비를 갖는 장치의 휠들을 연결하므로, 가장 빠른 휠의 복수의 완전한 회전 동안 장치의 휠들 상의 180˚ 주기의 측정값들로부터도 복수의 회전에 걸쳐 명확한 회전 각도가 결정될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 기계식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치의 상태는 전기 없이도 판독 가능한 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치는 적어도 부분적으로 투과성인 하우징을 포함하고, 장치는 부분적으로 매체에 노출되는 한편, 다른 부분들은 하우징에 의해 매체로부터 보호되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 다양한 휠들의 센서 데이터들은 서로 연관되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 측정과 관련해서 각각의 휠을 위해 필요한 것보다 적어도 선행하는 휠에 대한 감속비 만큼 높은 분해능을 갖는 적어도 하나의 편광 센서의 센서 데이터들이 결정되고, 센서 및/또는 광원의 고장 시 나머지 센서 데이터로부터 장치의 상태에 관한 명확한 정보를 결정하는데 적합한 메커니즘을 포함하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 장치의 기계적 기준 위치에서 편광 필터 및/또는 센서의 조정 오류는 센서들에 의해 측정 가능하고, 기준 신호로서 비휘발성으로 저장될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 편광 센서는 집적 회로인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 편광을 위한 센서 영역 및 편광을 위한 센서 영역 옆에 배치된 휘도를 위한 센서 영역을 포함하고, 휘도 센서의 휘도 정보의 평가를 위해 편광 센서에서 결정된 휘도가 기준 신호로서 이용되는 것인 장치.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 편광 측정을 위한 적어도 2개의 영역을 포함하고, 다수의 센서 영역들은 다수의 독립적인 신호 소스들의 신호들이 측정될 수 있도록 배치되는 것인 장치.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 편광을 위한 적어도 하나의 센서 영역과 그 옆에 배치된 휘도를 위한 적어도 하나의 센서 영역을 포함하고, 휘도 정보의 평가를 위해 편광 센서에 의해 결정된 휘도가 기준 신호로서 사용되고, 센서 영역들은, 다수의 독립적인 신호 소스들의 신호들이 측정될 수 있도록 배치되는 것인 장치.
- 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 공통으로 이용되는 센서 영역에 편광을 위한 적어도 하나의 센서와 컬러를 위한 센서를 포함하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정을 위해 필요한 에너지는 무선으로 장치에 전송되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 측정된 신호들은 무선으로 장치로부터 전송되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 회전 각도 및/또는 회전을 측정하기 위한 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 용도.
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