Digital Opto-electrical Pulse (DOP) 방법을 이용한 버니어 형식의 초고분해능 절대치 회전각 센서의 에러 보상 방법

Abstract

본 논문에서는 Digital Opto-electrical Pulse (DOP) 방법을 적용하여 버니어 형식의 초고분해능 광학식 절대치 회전각 센서의 오차를 보정하는 방법을 제안한다. 일반적으로 절대치 회전각 센서를 구현하기 위해서는 절대각도의 하위 비트 정보를 생성하기 위한 아날로그 신호 트랙외에, 상위 비트 정보를 획득하기 위한 다수의 디지털 코드 트랙들이 사용된다. 이 디지털 코드 트랙들은 디스크의 원주 또는 중심 방향으로 인코딩 되어 있으며, 해당 트랙에 매치된 다수의 개별 수광부에 의해 신호가 획득된다. 하지만 디지털 코드 트랙을 사용하는 절대 각도 생성 방법에서는 각각의 최소 단위 수광부가 고유한 1 비트 정보를 생성해야 하기 때문에 조립 난이도가 올라가며, 먼지 등에 의한 결점 발생에 취약한 단점이 있다. 반면에 버니어 방식의 절대치 회전각 센서는 주기가 다른 소수의 아날로그 신호 트랙을 이용하여 절대각도의 상위 비트 정보 획득이 가능하기 때문에 소형의 고분해능 로터리 회전각 센서 구현에 유리하다. 또한 아날로그 신호 트랙의 수광부는 어레이 형태로 제작이 가능하기 때문에 조립 오차에 둔감하고 결점에 의한 오차를 보정할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 버니어 방식에서는 생성한 상위 비트 정보와 하위 비트 정보를 결합하여 절대각도 데이터를 생성할 때 중간 비트 오차 문제가 발생할 수 있는 단점이 있다. 이는 버니어 방식으로 생성한 상위 비트 정보가 하위 비트 정보와 정확하게 동기화가 되지 않기 때문이다. 본 논문에서 제안하는 DOP 방법은 버니어 방식에서의 중간 비트 오차를 보정하기 위하여 고안되었다. 실제 회전각 센서 구현을 위해 DOP 방법을 적용하여 설계된 회전각 센서 SoC가 0.18-μm CMOS image sensor (CIS) process 를 이용하여 제작되었다. 본 논문에서는 개발된 SoC 를 이용하여 초고분해능 절대치 회전각 센서를 구현하고 중간 비트 오차 문제가 없는 절대 각도 정보 생성 결과를 보인다.