MX2014000848A - Dispositivo de medicion de desplazamiento digital. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo para medir el movimiento de un elemento móvil que se mueve en al menos una dirección. El dispositivo comprende: una fuente luminosa adaptada para emitir un haz de luz; un órgano óptico capaz de interceptar el haz luminoso y relacionados al elemento móvil para seguir su movimiento; un sensor de pixeles adecuado para recibir el haz transmitido determinado por la posición relativa del órgano óptico en comparación con la fuente luminosa, los píxeles están dispuestos de modo que algunos de ellos reciben la iluminación que varía con la posición del elemento móvil durante su movimiento; un módulo comparador adecuado para comparar los valores de píxeles del al menos un sensor en dos umbrales distintos y asignar valores lógicos a algunos de ellos; un módulo de cálculo para determinar la posición del elemento móvil a partir de los datos del módulo comparador.

Description

DISPOSITIVO DE MEDICIÓN DE DESPLAZAMIENTO DIGITAL Campo de la Invención La invención se refiere a un dispositivo de medición de desplazamiento. El concepto de medición del desplazamiento se extiende aquí a la medición de una posición respecto a una posición de referencia. En general, un dispositivo de medición de desplazamiento, registra una información analógica de un sensor, la convierte en datos numéricos y la transmite a una calculadora para que la medición del desplazamiento sea ejecutada .

Antecedentes de la Invención Un dispositivo de medición de desplazamiento que utiliza un sensor óptico se presenta en el documento norteamericano 2009/0248351. Un elemento móvil se desplaza en una dirección perpendicular a la dirección de la emisión de un haz de luz y un sensor óptico lineal con red de píxeles del tipo CCD ("dispositivo acoplado cargado") o tipo CMOS (semiconductor de óxido de metal suplementario), registra los datos relativos al flujo luminoso transmitido, parcialmente obstruido por el elemento móvil así obtenido. La información analógica de los sensores se convierte en datos digitales que se integran en un módulo de cálculo que a partir de ellos determina la posición del elemento móvil.

Este dispositivo presenta inconvenientes, en particular la conversión de toda la información analógica emitida por el sensor en datos digitales. De hecho, el ruido analógico se añade a los errores y al ruido de la conversión digital. Este ruido no deseado limita la dinámica de la señal medida (relación señal a ruido). Además, la conversión requiere tiempo y potencia de cálculo considerables.

En particular, cuando el dispositivo utiliza en un micrófono, el ruido de fondo y la conversión de analógico a digital se consideran los principales factores limitantes de la dinámica.

Por lo tanto, es ventajoso evitar el límite dinámico analógico y limitar lo más posible los inconvenientes de la conversión de analógico a digital.

Breve Descripción de la Invención Para ello, la invención propone un dispositivo de medición del desplazamiento de un elemento móvil que se desplaza según al menos en una dirección, que comprende: - una fuente luminosa adaptada para emitir un haz de luz; - por lo menos un órgano óptico capaz de interceptar el haz de luz y relacionarlo al elemento móvil para seguir su movimiento; - por lo menos un sensor de pixeles apto para recibir el haz transmitido determinado por la posición relativa del órgano óptico en comparación con la fuente luminosa, los píxeles están dispuestos de modo que algunos de ellos reciben la iluminación que varía con la posición del elemento móvil durante su movimiento; - un módulo comparador para comparar los valores de píxeles del al menos un sensor en dos umbrales distintos y asignar valores lógicos tales como: - a todos los valores luminosos inferiores al primer umbral se les asigna el mismo primer valor lógico; - a todos los valores luminosos superiores al segundo umbral se les asigna el mismo segundo valor lógico; - a todos los valores luminosos entre los dos umbrales respectivamente se les asigna una conversión de este valor representativo de este valor que puede tratarse mediante cálculo; y - un módulo de cálculo para determinar la posición del elemento móvil de los datos del módulo comparador.

El uso de un módulo comparador permite asignar a algunos píxeles del sensor, un valor lógico que no necesariamente corresponde a la conversión de la señal analógica recibida por el sensor en una señal digital. Por lo tanto el dispositivo no sólo depende del rendimiento de un convertidor o de los recursos de cálculo asociados.

Por lo tanto, se reducen el tiempo de cálculo requerido para la determinación de la posición del elemento móvil, así como la potencia de cálculo asociada. Por lo tanto puede simplificarse la transmisión de datos y aumentar su velocidad.

Cabe señalar que, además, la precisión de la determinación de la posición del elemento móvil es más dependiente del número de píxeles seleccionados y que es suficiente aumentar este número para mejorarla.

En particular, el primer valor lógico puede ser 0 y el segundo valor lógico 1.

Los umbrales pueden tomar cualquier valor entre 0 y 1, especialmente un primer umbral por ejemplo entre 0 y 0.5 y un segundo umbral entre 0.5 y 1. Por ejemplo, el primer umbral equivale a 0.1 y el segundo umbral a 0.9.

Esto permite en particular determinar con precisión la posición del órgano óptico al convertir sólo unos valores analógicos, lo que restringe el uso del convertidor al tiempo que aumenta la precisión global del dispositivo.

Según una modalidad particular, el órgano óptico incluye una tapa de la cual al menos una parte de su contorno forma un ángulo diferente a cero con la al menos una dirección de movimiento del elemento móvil.

Por ejemplo, es una tapa sólida en la cual el movimiento del contorno sobre la fuente luminosa hace variar la iluminación recibida por los píxeles del sensor.

Alternativamente, es una tapa que consta de una apertura o una ranura en la cual el movimiento del contorno interno varía la luz recibida por los píxeles del sensor.

Según otra modalidad específica, el órgano óptico está adaptado para reflejar parte del haz de luz.

En este caso, el órgano óptico, llamado de reflexión, basado en su movimiento refleja una parte variable del haz de luz. Cada parte refleja el haz de luz y entonces se proyecta sobre el sensor.

Según una característica posible, el dispositivo también incluye un segundo órgano óptico adaptado para dimensionar la imagen del contorno del primer órgano óptico y para realizar la medición en ese punto.

El uso de tal órgano suplementario para mejorar la calidad de la imagen recibida por el sensor, especialmente cuando este órgano se coloca en la trayectoria óptica entre el sensor y el primer órgano óptico. Para esto, el segundo órgano óptico consiste de todos los medios de desarrollo, re-direccionamiento o dimensionamiento de la imagen del primer órgano óptico al sensor, tales como lentes, fibra óptica o espejos .

Según una característica posible, el sensor es sensor óptico linear formado por al menos una hilera de píxeles dispuestos en un patrón lineal.

De esta manera, la posición del órgano óptico puede determinarse simplemente calculando la distancia entre los píxeles marcando su contorno. Sin embargo, pueden considerarse otras disposiciones de los píxeles.

Con el fin de corregir posibles errores en el posicionamiento o errores de cálculo, se realiza una corrección trigonométrica del movimiento del órgano óptico en otras direcciones que aquellas en las que se efectúa la medición del movimiento.

Se entiende aquí con corrección trigonométrica el hecho de determinar (calcular) los errores de posicionamiento observando las deformaciones de las imágenes proyectas en relación al sensor y restando el ángulo de rotación del sensor en comparación con su punto de sujeción en la parte móvil.

El término trigonométrico proviene del hecho que se utilizan para este propósito de las relaciones matemáticas de trigonometría bien conocidas en el contorno de la imagen tal como se proyecta.

Si el órgano óptico tiene por ejemplo dos contornos paralelos cuya distancia entre sí es conocida previamente, puede ser calculada y confirmada a través de la medición de la distancia entre los contornos de la imagen formada en el sensor óptico.

La ausencia de movimiento angular alrededor de su punto de sujeción con la pieza móvil, es decir, la ausencia de error de posicionamiento, se caracteriza por una imagen proyectada no deformada sobre el sensor.

De lo contrario, la distorsión geométrica de la imagen observada permitir calcular el ángulo de rotación con respecto a la posición nominal mediante relaciones de trigonometría.

Las leyes ópticas concernientes a la proyección de la forma o la inclinación de cada contorno del órgano óptico en el sensor, o si es apropiado, la distancia relativa de varios contornos, permiten de hecho verificar los datos obtenidos por fórmulas matemáticas y corregirlos. Otros métodos de corrección que implican una redundancia de cálculo, sin embargo, puede considerarse una adición de píxeles adicionales o las calibraciones de elementos utilizados.

De esta manera una conversión de analógico a digital no es necesaria porque la información basada en la comparación es un valor lógico y así directamente digital que permite minimizar los errores relacionados con el convertidor.

Además, puede simplificarse la transmisión de datos y aumentarse su velocidad.

En particular, el primer valor lógico puede ser el valor 0 y el segundo valor lógico el valor 1. En este caso particular, el umbral es igual a 0.5.

Esto permite netamente determinar con precisión la posición del órgano óptico convirtiendo sólo algunos valores analógicos, que restringen el uso del convertidor al tiempo que aumentan la precisión del dispositivo.

Una vez más, la transmisión de datos puede simplificarse y aumentar su velocidad en comparación con los sistemas de la técnica anterior.

En particular, el primer valor lógico puede ser el valor 0 y el segundo valor lógico el valor 1. Los umbrales pueden tomar cualquier valor entre 0 y 1, especialmente un primer umbral por ejemplo entre 0 y 0.5 y un segundo umbral entre 0.5 y 1. Por ejemplo, el primer umbral equivale a 0.1 y el segundo umbral a 0.9.

Para obtener precisamente la posición física de cada píxel del sensor, el dispositivo también incluye un módulo de direccionamiento de píxeles del sensor por lo menos un sensor según el valor lógico que se le haya asignado.

Esto permite facilitar el cálculo de la posición del órgano óptico.

Para detectar posibles errores, los valores de direccionamiento de los píxeles cuyos valores captados se encuentran entre los umbrales primero y segundo se comparan con el número de píxeles en cada grupo.

La invención también se refiere a un micrófono con un dispositivo de medición de desplazamiento según la invención.

La invención también se refiere a un método de medición de desplazamiento con las siguientes etapas: - emisión de un haz de luz; posicionamiento de un órgano óptico capaz de interceptar la luz y relacionados con el elemento móvil para seguir su movimiento; - captura mediante un sensor de los pixeles de los haces transmitidos determinados por la posición relativa del órgano óptico en comparación con la fuente luminosa, los pixeles están dispuestos de modo que algunos de ellos reciben una iluminación que varía con la posición del elemento móvil durante su movimiento; - comparación de los valores de la captura de dos umbrales distintos para asignar valores lógicos tales como: - a todos los valores de iluminación inferiores al primer umbral se les asigna un mismo primer valor lógico; - a todos los valores de iluminación superiores al segundo umbral se les asigna el mismo segundo valor lógico; - a todos los valores de iluminación situados entre los dos umbrales se les asigna respectivamente una conversión de este valor representativo de este valor adecuado a ser tratado por los medios de cálculo; y - determinación de la posición del elemento móvil de los datos del módulo comparador.

Breve Descripción de las Figuras Otras características y ventajas aparecerán en la descripción que sigue, dada como ejemplo no limitativo y haciendo referencia a los dibujos anexos, en los que: - la figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo para la medición del desplazamiento según la invención; - la figura 2 es una vista esquemática de la proyección de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles del mismo sensor, el órgano óptico está en una primera posición; - la figura 2b es una vista esquemática de la proyección de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles del mismo sensor, el órgano óptico está en una segunda posición; - la figura 2c es una vista esquemática de la proyección de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles del mismo sensor, órgano óptico está en una tercera posición; - la figura 3a es una alternativa a la figura 2a, el órgano óptico tiene un forma diferente y los píxeles del sensor están alineados en una dirección horizontal; - la figura 3b es una alternativa a la figura 2a, el órgano óptico tiene una forma diferente y los píxeles del sensor están alineados en una dirección horizontal; - la figura 3c es una alternativa a la figura 2a, el órgano óptico tiene una forma diferente y los píxeles del sensor están alineados en una dirección horizontal; - la figura 4a es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una primera modalidad; - la figura 4b es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una segunda modalidad; - la figura 4c es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una tercera modalidad; - la figura 4d es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una cuarta modalidad; - la figura 4e es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una quinta modalidad; - la figura 4f es una vista esquemática de la proyección del contorno de la imagen del órgano óptico sobre el sensor del dispositivo según la invención y los píxeles de este mismo sensor, los píxeles tienen una configuración correspondiente a una sexta modalidad; - la figura 5a es una ampliación de un detalle de la figura 2a. - la figura 5b es una alternativa a la figura 5a, el órgano óptico tiene un contorno transversal a la horizontal; y - la figura 6 es un diagrama a bloques que representa las relaciones entre los diferentes módulos según la invención.

Descripción Detallada de la Invención El dispositivo de medición de desplazamiento 1 presente por ejemplo en la figura 1 contiene al menos una fuente luminosa 2, un órgano óptico 4 unido a una parte móvil 5 del elemento del cual se mide el desplazamiento, el sensor 6 y los medios de análisis 8 (representados aquí esquemáticamente aquí y no en su realización final).

La fuente luminosa 2 produce un haz de luz fijo 9 que sigue una trayectoria óptica de manera que es captado por el sensor 6.

La fuente luminosa 6 es particularmente conveniente para emitir al menos una longitud de onda que se adapta a la sensibilidad del sensor, así como su potencia para operar una gran parte de su rango dinámico.

Preferentemente, el haz de luz 9 que genera presenta una intensidad homogénea en el espacio y constante en el tiempo útil de medición por el sensor 6.

Como alternativa, el haz de luz 9 puede ser más intenso en zonas específicas.

En la modalidad que se muestra en la figura 1, la fuente luminosa es un láser generador de líneas 10. Sin embargo, pueden considerarse otras soluciones.

En particular, se puede tratar de un LED, un diodo láser o una barra de diodos láser, láser telecéntrico, un láser pulsado, un generador de láser de línea o una combinación de todas estas soluciones con uno o más lentes, un conjunto de fibras ópticas, un cono de fibras ópticas ("taper" en terminología anglosajona), un colimador, uno o más espejos.

Opciona Imente, la fuente luminosa 2 puede asociarse con uno o varios dispositivos ópticos 12 para formar un haz luminoso 9 más homogéneo, dimensionarlo, distorsionarlo o dirigirlo. En la modalidad que se muestra en la figura 1, el dispositivo óptico 12 es una lente.

En otras modalidades no representadas, la fuente luminosa 2 se duplica para generar planos de luz paralelos a varios sensores o un sensor con varias hileras de píxeles. Esta o estas fuentes de luz son particularmente convenientes para emitir varias longitudes de ondas o planos luminosos de diferentes intensidades para mejorar la confiabilidad del sensor. En particular, cada longitud de onda emitida por la o las fuentes con el fin de limitar las interferencias con la luz ambiental.

Después de pasar a través de la lente 12 o cualquier otro dispositivo óptico entre aquellos citados antes, el haz de luz 9 es interceptado en su trayecto óptico por el órgano óptico 4.

El órgano óptico 4 es un elemento integral o que forma parte de la parte móvil 5 de la cual queremos medir el movimiento. Preferentemente está hecho de un material rígido, opaco o reflectivo (o con una capa reflectante), o incluso desviando la luz (fibra óptica) según diferentes modalidades. Preferentemente tienen una masa insignificante en comparación con la parte móvil para limitar cualquier influencia que pueda tener sobre su movimiento.

El órgano óptico 4 se coloca en un plano que presenta la o las dimensiones espaciales medidas del movimiento o en un plano paralelo a este último plano. En todos los casos, el plano en el que se encuentra el órgano óptico 4 forma una intersección con el haz de luz 9.

En la modalidad que se muestra en la figura 1, la parte móvil 5 tiene un movimiento vertical. El órgano óptico 4 aquí es opaco e intercepta el haz de luz 9 que es proyectado de forma transversal en una dirección ventajosamente perpendicular al movimiento, es decir, horizontalmente.

De esta manera, el órgano óptico 4 obstruye, según su movimiento, una parte variable del haz de luz y establece una zona variable que posteriormente se designará zona de sombra. Cada parte sin obstrucciones es proyectada sobre y capturada por los píxeles del sensor 6.

En una primera modalidad alternativa que no se muestra, el órgano óptico 4 incluye medios de reflexión, tales como uno o más espejos que reflejan, según su movimiento, una parte variable del haz de luz 9. Cada uno refleja parte del haz 9 y entonces se proyecta sobre los píxeles del sensor 6.

En todos los casos, las dimensiones del órgano óptico 4 son elegidas para que la longitud máxima y el espesor de la zona de sombra o la imagen luminosa proyectada sobre el sensor se adapta a las dimensiones de la zona sensible total del sensor.

Por ejemplo, en la modalidad que se muestra en la figura 1, el órgano óptico de 18 µ?? de altura se centra en un sensor lineal de 256 pixeles, cada píxel es un cuadrado de 12 µ?? de lado.

En particular, el haz de luz 9 puede tener un espesor tal que la luz que se deriva y se proyecta sobre el sensor 6 cubre una gran parte o la totalidad de la superficie sensible de los píxeles del sensor 6.

El dispositivo 1 también puede presentar en la trayectoria óptica entre el órgano óptico 4 y el sensor 6, un órgano óptico de proyección 13, fijo, y cuya función es mejorar la calidad de la imagen recibida por el sensor.

En particular, este órgano óptico de proyección 10 incluye, individualmente o en combinación, medios de desarrollo de la imagen óptica en el sensor, medios de redirección del haz de luz 9 hacia el sensor 6 y medios de dimensionamiento de la imagen del órgano óptico 4 en el sensor 6.

En la modalidad que se muestra en la figura 1, el órgano de proyección óptica 3 es una lente plano-cóncava.

Sin embargo pueden preverse otros elementos, como una lente convergente o convexa, un espejo, fibra óptica, o incluso un cono de fibras de ópticas ("taper").

En la modalidad que se muestra en la figura 1, así como en las figuras 2a-c, 3a-c 4a-f y 5a-b, el sensor 6 es un sensor óptico lineal formado por al menos una hilera de pixeles alineados o dispuestos en un patrón lineal, en otras palabras los pixeles se extienden a lo largo de una línea para formar una superficie sensible lineal continua.

El sensor 6 se coloca para que el movimiento del órgano óptico 4 en la última imagen sea proporcional al movimiento de la parte móvil 5 en las dimensiones espaciales medidas.

El número de pixeles del sensor 6 es función de la precisión numérica adicional deseada en comparación con un solo píxel. Si esta precisión adicional es n bits, el número de pixeles del sensor es 2n. Así, por ejemplo, una precisión de 8 bits adicional requiere 256 pixeles.

El sensor 6 es en particular un sensor CCD ("charged coupled device""), CMOS (Semiconductor de óxido de metal complementario), del tipo matriz de fotodiodo u obturador electrónico u óptico.

Las figuras 2a-c ilustran tres posiciones de la zona de sombra 14 proyectadas por el órgano óptico 4 de la figura 1. En las figuras, la zona de sombra 14 es un rectángulo cuyos lados son paralelos a los de las pixeles que se mueve a lo largo de la dirección de la alineación de los pixeles del sensor 6.

En la figura 2A, la parte móvil está en una posición media, el órgano óptico 4 está en una posición intermedia, la zona de sombra 14 por lo tanto está en una posición intermedia en la red de pixeles del sensor 6.

En la figura 2b, el órgano óptico 4 está en la posición superior, la zona de sombra 14 por lo tanto está colocada hacia los pixeles superiores en el sensor 6.

En la figura 2c, el órgano óptico 4 está en la posición baja, por lo tanto la zona de sombra 14 está colocada hacia los pixeles inferiores en el sensor 6.

Alternativamente, el órgano óptico 4 tiene dos aristas no paralelas que forman un ángulo diferente a cero con la dirección del movimiento del elemento móvil 5, como por ejemplo el órgano óptico cuya zona de sombra 14' se representa en las figuras 3a-3c. Cabe señalar que, en estas figuras, la dirección del movimiento del elemento móvil 5 es perpendicular a la de la alineación de los pixeles del sensor Aquí la zona de sombra 14' tiene la forma de un rectángulo ahuecado por un triángulo cuyos contornos de los bordes internos obstruyen la luz recibida por los pixeles sensor 6.

En la figura 3a, el órgano óptico 4 está en la posición intermedia, la zona de sombra 14' cubre pixeles periféricos y parte de los pixeles en la parte central de la red de sensores ópticos 6.

En la figura 3b, el órgano óptico 4 está en la posición alta, la zona de sombra 14' cubre los pixeles periféricos del sensor óptico 6.

En la figura 3c, el órgano óptico 4 está en la posición baja, la zona de sombra de 14' cubre casi todos los pixeles periféricos del sensor óptico 6 con la excepción de los pixeles medios.

Ahora vamos a describir diferentes arreglos posibles de los pixeles de la red de sensores ópticos 6.

En las modalidades particulares presentadas en las figuras 4c, 4e y 4f, los pixeles están alineados en dos hileras (pero se pueden considerar más) para proporcionar una corrección mecánica del movimiento lateral del órgano óptico u otros elementos del dispositivo, un sobrem uestreo o una mejora de la dinámica del sensor 6.

Por ejemplo, cada hilera de pixeles es sensible a una longitud de onda diferente.

Alternativamente, en las modalidades que se muestran en las figuras 4b, 4d y 4e, píxeles están inclinados entre sí.

En esta modalidad para lo cual una ampliación de la figura 2a se muestra en la figura 5a, el contorno de la zona de sombra y los lados de los píxeles son paralelos. Sin embargo, pueden ser oblicuos como por ejemplo en la modalidad ilustrada en la figura 5b.

En estas figuras, la zona de sombra 14 evoluciona con el movimiento de la parte móvil 5 a través del órgano óptico 4, en este caso por el movimiento vertical. Así la zona de sombra 14 ilumina diferentes píxeles en el sensor 6 en cada posición .

Específicamente, en la figura 5a, la zona de sombra 14, con una altura correspondiente a un píxel y medio (esta altura varía con el tamaño del órgano óptico 4), oscurece totalmente el pixel 6.4 y oscurece parcialmente el pixel 6.5. Los otros píxeles, 6.1, 6.2, 6.3, 6.6, 6.7 y 6.8 son completamente iluminados por el haz de luz 9 de la fuente luminosa 2.

A cada píxel 6.n se asigna un valor proporcional análogo o digital para la luz recibida por cada píxel. Este valor se analiza mediante análisis 8. En el caso de la medida, que permite el cálculo de la posición de la parte móvil 5. En caso de medición cíclica, permite el cálculo de una señal digital representante de las vibraciones de la parte móvil.

La figura 6 ilustra el funcionamiento de los medios de análisis 8 a través de los diferentes módulos que contiene.

Debe observarse que estos módulos no son necesariamente independientes y pueden ser integrados directamente en ciertos elementos como el sensor. Por ejemplo, el módulo de dirección puede incorporarse directamente en el sensor.

Los valores de píxeles del sensor eléctrico o digital 6 se transmiten al módulo comparador 20 por ejemplo por una salida en paralelo dirigida o bajo forma de un tren de pulsos dependiendo del tipo de sensor utilizado.

El módulo comparador 20 clasifica los píxeles comparando su valor analógico o digital con uno o más umbrales.

En una primera modalidad, allí solamente un umbral S, por ejemplo correspondiente a la mitad del valor de la saturación de luz del píxel.

Los píxeles que producen un valor inferior a este umbral S se considera que se encuentran exclusivamente en una zona de sombra. Sus valores son ignorados y un valor lógico GB (grupo B para la parte inferior) se envía al módulo de conteo 22 para el recuento.

Los píxeles que producen un valor mayor que el umbral S se considera que están exclusivamente en una zona iluminada. Sus valores son ignorados y un valor lógico GH (grupo H de la parte superior) se envía al módulo de conteo 22 para el recuento.

En una segunda modalidad, el módulo comparador 20 clasifica los píxeles que aparecen en dos umbrales, un umbral bajo SB y un umbral alto SH. El primer umbral tiene preferentemente un valor entre 0 y 0.5 veces el valor de saturación a la luz de un píxel, por ejemplo 0.1. El segundo umbral tiene preferentemente un valor entre 0.5 y 1 veces el valor de saturación a la luz de un píxel, por ejemplo 0.9.

Los píxeles que producen un valor menor que el umbral de la SB se considera que están exclusivamente en una zona de sombra. Sus valores son ignorados y un valor lógico GB (Grupo B para la parte inferior) se envía al módulo de conteo 22 para el recuento.

Los píxeles que producen un valor mayor que el umbral SH se considera que están exclusivamente en una zona iluminada. Sus valores son ignorados y un valor lógico GH (grupo H superior) se envía al módulo de conteo 22 para el recuento.

Los valores entre los dos umbrales se transmiten al módulo de conversión 26. Corresponden a los pixeles vecinos parcialmente iluminados (6.4 y 6.5 en la figura 5a) que determinan el contorno del órgano óptico 4.

El módulo de conversión 26 es un convertidor analógico a digital en el caso de un sensor óptico analógico o un convertidor de digital a digital en el caso de un sensor óptico digital o de un convertidor incorporado.

Por lo tanto el módulo de conversión 26 convierte el valor analógico o digital del píxel analizado en un valor lógico (digital) que es enviado al módulo de medición 22.

Sea cual sea el modo de realización, en paralelo con el funcionamiento del módulo comparador 20 y del módulo de conversión 26, el módulo de direccionamiento 24 recolectan la dirección de cada píxel, en otras palabras su posición física en el sensor.

La dirección es ya sea proporcionada por el sensor 6, ya sea obtenida mediante la identificación de las salidas paralelas del sensor (salidas independientes por píxeles o grupos de píxeles, para permitir una rápida frecuencia de reproducción), u obtenida para el recuento de la llegada de datos en serie o bien mediante una combinación de estos medios. La información recopilada se transmite al módulo de medición 22.

El módulos de recuento 22 cuenta y asigna los píxeles a los grupos en basados a los valores lógicos transmitidos por el módulo comparador 20. También combina la información desde el módulo de direccionamiento 24. Por lo tanto, a cada píxel está asociada una dirección y un valor lógico.

En el caso de una modalidad con dos umbrales, los valores lógicos indican un píxel limítrofe (es decir, produciendo un valor entre los umbrales de SB y SH) permitiendo específicamente confirmar la buena delimitación de los grupos de pixeles.

Al final del ciclo de análisis, el número, tipo y dirección de los pixeles contenidos dentro de cada grupo y su designación son enviados en el módulo de cálculo 28.

El módulo de cálculo 28 colecta los datos desde el módulo de medición 22 y corrige los errores mediante la comparación de la información recibida con la información de referencia y calcula su desplazamiento digital.

Un primer tipo de corrección incluye la comparación de los valores de direccionamiento de pixeles vecinos llamados pixeles contados en cada grupo. Si se detecta un error, es corregido por el módulo de cálculo 28.

Alternativa o adicionalmente, el módulo de cálculo 28 utiliza la información del módulo de memoria 30 que contiene datos de referencia para la comparación con los datos medidos. Esta información corresponde a los datos obtenidos cuando la parte móvil está en su posición de referencia. Dichos datos son restablecidos o registrados por ejemplo durante un procedimiento de calibración. Los datos de las mediciones anteriores se utilizarán para una medición relativa a la posición precedente o la medición del desplazamiento.

El módulo de memoria 30 puede contener también las características del dispositivo 1 como las dimensiones del órgano óptico 4 y cualquier otro dato que permita corregir el error.

En particular, durante la calibración, el módulo de memoria integra un punto o conjunto de puntos de referencia, así como un modelo de interpolación para valores intermedios. Tal interpolación sigue un patrón lineal o incluye modelos de distorsión óptica o de distorsiones electrónicas.

Alternativa o adicionalmente, un protocolo de calibración automática se implementa en el dispositivo 1 para permitir la consideración del desgaste, de las modificaciones en el medio en el cual se efectúa la medición (presión, temperatura, etc.) o de la deformación del órgano óptico 4 o cualquier otro elemento del dispositivo.

Para esto se actualiza periódicamente la información como la posición de la parte móvil 5 y/o las dimensiones del órgano óptico 4.

Por último, las leyes ópticas relativas a la proyección del contorno del órgano óptico 4 permiten verificar la integridad y corrección de los datos. En particular, se puede realizar una corrección trigonométrica del desplazamiento del órgano óptico 4 en otra de las dimensiones espaciales que aquellas del movimiento medido.

Una vez que se han corregido los eventuales errores, el módulo de cálculo 28 determina los píxeles que reciben la imagen del contorno del órgano óptico 4. En el caso en el cual la imagen del contorno se encuentra entre dos píxeles, la sucesión consecutiva de un pixel de un grupo y de un pixel de un grupo diferente indica esta posición. El primer pixel después del grupo de transición se selecciona como la ubicación del contorno.

En el caso de un modo de realización de dos umbrales, estos pixeles deberán buscarse especialmente en los valores asociados entre el grupo de dos umbrales.

Por lo tanto se determina la posición del contorno del órgano óptico 4, y en consecuencia también la de la parte móvil 5.

En particular, el módulo de cálculo 28 tiene una precisión N + n, donde N es la precisión de bits del módulo de conversión 26 y donde n es el número de pixeles del sensor. La precisión del dispositivo se incrementa con respecto a la precisión del módulo de conversión 26.

Las modalidades del dispositivo y del proceso presentadas anteriormente son sólo posibles ejemplos de aplicación de la invención, que no se limita a ellas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de medición del desplazamiento de un Elemento móvil que se desplaza en al menos una dirección, caracterizado porque comprende: - una fuente luminosa adaptada para emitir un haz de luz; - por lo menos un órgano óptico capaz de interceptar el haz luminoso y relacionados al elemento móvil para seguir su movimiento; - por lo menos un sensor de pixeles adecuado para recibir el haz transmitido determinado por la posición relativa del órgano óptico en comparación con la fuente luminosa, los pixeles están dispuestos de modo que algunos de ellos reciben la iluminación que varía con la posición del elemento móvil durante su movimiento; - un módulo comparador adecuado para comparar los valores de pixeles del al menos un sensor en dos umbrales distintos y asignar valores lógicos tales como: - a todos los valores luminosos inferiores al primer umbral se les asigna el mismo primer valor lógico; - a todos los valores luminosos mayores al segundo umbral se les asigna el mismo segundo valor lógico; - a todos los valores luminosos entre los dos umbrales respectivamente se les asigna una conversión de este valor representativo de este valor que puede ser tratado por los medios de cálculo; y - un módulo de cálculo para determinar la posición del elemento móvil a partir de los datos del módulo comparador.

2. Dispositivo para la medición del desplazamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el órgano óptico incluye un tapa cuya al menos una parte de contorno forma un ángulo distinto a cero con la al menos una dirección del movimiento del elemento móvil.

3. Dispositivo para la medición del desplazamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el órgano óptico está adaptado para reflejar parte del haz de luz.

4. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque también incluye un segundo órgano óptico adaptado para dimensionar la imagen del contorno del primer órgano óptico y realizar su desarrollo.

5. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos un sensor es un sensor óptico lineal formado por al menos una hilera de píxeles dispuestos en un patrón lineal.

6. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se realiza una corrección trigonométrica de los movimientos del órgano óptico en otras direcciones que las del movimiento medido.

7. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque también incluye un direccionamiento de los píxeles del módulo del al menos un sensor según el orden de llegada de los datos.

8. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1-7, caracterizado porque también comprende un módulo de conteo de píxeles del al menos un sensor formando grupos según su dirección y el valor lógico que le ha sido asignado.

9. Dispositivo para la medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque los valores de direccionamiento de los píxeles cuyos valores captados se encuentran entre los umbrales primero y segundo se comparan con el número de píxeles contados en cada grupo.

10. Micrófono caracterizado porque presenta un dispositivo de medición del desplazamiento según una de las reivindicaciones 1 a 9.

11. Procedimiento de medición del desplazamiento de un componente móvil que se mueve de acuerdo con al menos una dirección, caracterizado porque presenta las siguientes etapas: - emisión de un haz de luz; posicionamiento de un órgano óptico capaz de interceptar la luz y relacionados con el elemento móvil para seguir su movimiento; - captura mediante un sensor de los pixeles de los haces transmitidos determinados por la posición relativa del órgano óptico en comparación con la fuente luminosa, los pixeles están dispuestos de modo que algunos de ellos reciben una iluminación que varía con la posición del elemento móvil durante su movimiento; - comparación de los valores de la captura de dos umbrales distintos para asignar valores lógicos tales como: - a todos los valores de iluminación inferiores al primer umbral se les asigna un mismo primer valor lógico; - a todos los valores de iluminación superiores al segundo umbral se les asigna el mismo segundo valor lógico; - a todos los valores de iluminación situados entre los dos umbrales se les asigna respectivamente una conversión de este valor representativo de este valor adecuado a ser tratado por los medios de cálculo; y - determinación de la posición del elemento móvil de los datos del módulo comparador.