[發(fā)明專利]檢測(cè)器設(shè)備、定位代碼和位置檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780067048.6
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109891196B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: P·瑪薩;I·瑪薩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 普萊希萊布斯股份有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/347
• 分類號(hào): G01D5/347;G06K19/06
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 胡利鳴

本發(fā)明涉及一種具有二維排列的像素(10,20)的檢測(cè)器設(shè)備，該檢測(cè)器設(shè)備包括行像素(10)、用于所述行像素(10)的每行的行讀出布線(11)和用于所述行像素(10)的每列的列選擇布線(12)、以及列像素(20)、用于所述列像素(20)的每列的列讀出布線(21)、和用于所述列像素(20)的每一行的行選擇布線(22)。適配成用于行并行和列并行操作的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(13,23)被連接到讀出布線(12,22)，并且同時(shí)可以選擇用于行并行讀出的一列或多列行像素(10)和用于列并行讀出的一行或多行列像素(20)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及定位代碼和位置檢測(cè)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于高精度位置檢測(cè)應(yīng)用的檢測(cè)器設(shè)備、定位代碼以及位置檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

基于像素的編碼器提供超過(guò)傳統(tǒng)光學(xué)編碼器的若干優(yōu)勢(shì)，諸如更高的分辨率、更高的精度、更強(qiáng)的魯棒性、更高的靈活性以及多維2D、3D、……6D位置測(cè)量的可能性，僅舉幾例。雖然傳統(tǒng)光學(xué)編碼器僅使用少量感光器，但基于像素的編碼器使用數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)個(gè)感光器(像素)。在最重要的編碼器規(guī)格方面，大量的像素允許基于像素的編碼器超越傳統(tǒng)編碼器的基本限制。

在本申請(qǐng)的上下文中，像素可以具有任何類型的傳感器元件(例如，光子、電子、輻射或電子束傳感器元件)。

現(xiàn)有技術(shù)解決方案使用基于像素的編碼器，其具有包括二維規(guī)律(或換言之重復(fù))圖案和與二維規(guī)律圖案交織的絕對(duì)定位代碼的二維定位代碼。可以讀取絕對(duì)定位代碼以建立當(dāng)前位置的絕對(duì)代碼，而二維規(guī)律圖案用于增強(qiáng)分辨率；可以確定二維規(guī)律圖案相對(duì)于編碼器的像素排列的位置，并且由此大大增強(qiáng)了分辨率。可以一起使用兩者(即絕對(duì)代碼和相對(duì)于二維的像素排列的代碼圖案位置)的組合以精確地測(cè)量定位代碼相對(duì)于檢測(cè)器設(shè)備的絕對(duì)位置。規(guī)律圖案可實(shí)現(xiàn)高空間分辨率、短程(局部的或非絕對(duì)的)測(cè)量，而絕對(duì)定位代碼可實(shí)現(xiàn)低空間分辨率、遠(yuǎn)程(全局的或絕對(duì)的)測(cè)量。該現(xiàn)有技術(shù)解決方案的基本理念是結(jié)合該兩者的優(yōu)點(diǎn)，從而提供用于高空間分辨率、遠(yuǎn)程(全局的或絕對(duì)的)測(cè)量的組合代碼。例如在EP 2169357 B1、WO 2012/007561 A2、EP 2546612 A2和EP 2546613 A2中公開(kāi)了此類解決方案。

以上現(xiàn)有技術(shù)解決方案的缺點(diǎn)如下。由于絕對(duì)代碼占據(jù)規(guī)律圖案的間隔之間的空間，因此該定位碼具有相對(duì)低的信噪比。即，二維規(guī)律圖案相對(duì)于編碼器的像素排列的位置測(cè)量開(kāi)始于像素值的水平和垂直求和(或求平均，在本申請(qǐng)的上下文中被認(rèn)為是等效的)，并且以這種方式，2D圖像被縮減到兩個(gè)矢量。隨后在兩個(gè)矢量的值的基礎(chǔ)上確定位置。由于絕對(duì)代碼出現(xiàn)在間隔內(nèi)，從而降低了確定規(guī)律圖案位置的準(zhǔn)確性。另一個(gè)缺點(diǎn)是交織圖案導(dǎo)致相對(duì)“穿孔”的掩模，其布局與金屬掩模和其他掩模技術(shù)幾乎不兼容。孔之間的最小間隔尺寸(間距)對(duì)圖案施加限制并且降低了精度和分辨率。

除了尋找更有利的代碼圖案之外，基于像素的編碼器相對(duì)于傳統(tǒng)編碼器的主要挑戰(zhàn)是編碼器的速度或等待時(shí)間，因?yàn)樘幚泶罅肯袼氐挠?jì)算和功率需求是超出傳統(tǒng)編碼器的計(jì)算和功率需求幾個(gè)數(shù)量級(jí)的。同樣，常規(guī)圖像傳感器可達(dá)到的幀速率是低于高速光學(xué)編碼器應(yīng)用所需的幀速率幾個(gè)數(shù)量級(jí)的。絕對(duì)代碼的讀取和圖案相對(duì)于像素排列的位置檢測(cè)需要組合和復(fù)雜的讀取步驟。