[发明专利]检测器设备、定位代码和位置检测方法

说明书

本发明涉及一种具有二维排列的像素(10,20)的检测器设备，该检测器设备包括行像素(10)、用于所述行像素(10)的每行的行读出布线(11)和用于所述行像素(10)的每列的列选择布线(12)、以及列像素(20)、用于所述列像素(20)的每列的列读出布线(21)、和用于所述列像素(20)的每一行的行选择布线(22)。适配成用于行并行和列并行操作的模数转换器(13,23)被连接到读出布线(12,22)，并且同时可以选择用于行并行读出的一列或多列行像素(10)和用于列并行读出的一行或多行列像素(20)。本发明进一步涉及定位代码和位置检测方法。

技术领域

本发明涉及一种用于高精度位置检测应用的检测器设备、定位代码以及位置检测方法。

背景技术

基于像素的编码器提供超过传统光学编码器的若干优势，诸如更高的分辨率、更高的精度、更强的鲁棒性、更高的灵活性以及多维2D、3D、……6D位置测量的可能性，仅举几例。虽然传统光学编码器仅使用少量感光器，但基于像素的编码器使用数万或数十万个感光器(像素)。在最重要的编码器规格方面，大量的像素允许基于像素的编码器超越传统编码器的基本限制。

在本申请的上下文中，像素可以具有任何类型的传感器元件(例如，光子、电子、辐射或电子束传感器元件)。

现有技术解决方案使用基于像素的编码器，其具有包括二维规律(或换言之重复)图案和与二维规律图案交织的绝对定位代码的二维定位代码。可以读取绝对定位代码以建立当前位置的绝对代码，而二维规律图案用于增强分辨率；可以确定二维规律图案相对于编码器的像素排列的位置，并且由此大大增强了分辨率。可以一起使用两者(即绝对代码和相对于二维的像素排列的代码图案位置)的组合以精确地测量定位代码相对于检测器设备的绝对位置。规律图案可实现高空间分辨率、短程(局部的或非绝对的)测量，而绝对定位代码可实现低空间分辨率、远程(全局的或绝对的)测量。该现有技术解决方案的基本理念是结合该两者的优点，从而提供用于高空间分辨率、远程(全局的或绝对的)测量的组合代码。例如在EP 2169357 B1、WO 2012/007561 A2、EP 2546612 A2和EP 2546613 A2中公开了此类解决方案。

以上现有技术解决方案的缺点如下。由于绝对代码占据规律图案的间隔之间的空间，因此该定位码具有相对低的信噪比。即，二维规律图案相对于编码器的像素排列的位置测量开始于像素值的水平和垂直求和(或求平均，在本申请的上下文中被认为是等效的)，并且以这种方式，2D图像被缩减到两个矢量。随后在两个矢量的值的基础上确定位置。由于绝对代码出现在间隔内，从而降低了确定规律图案位置的准确性。另一个缺点是交织图案导致相对“穿孔”的掩模，其布局与金属掩模和其他掩模技术几乎不兼容。孔之间的最小间隔尺寸(间距)对图案施加限制并且降低了精度和分辨率。

除了寻找更有利的代码图案之外，基于像素的编码器相对于传统编码器的主要挑战是编码器的速度或等待时间，因为处理大量像素的计算和功率需求是超出传统编码器的计算和功率需求几个数量级的。同样，常规图像传感器可达到的帧速率是低于高速光学编码器应用所需的帧速率几个数量级的。绝对代码的读取和图案相对于像素排列的位置检测需要组合和复杂的读取步骤。