专利名称：位置探测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够以高速和高精度探测位置的位置探测装置以及一种利用该装置的距离传感器。
背景技术：
传统的三角测量测距仪通常使用光电探测段(例如光电二极管)的线性阵列，其依赖于CCD技术或者CMOS技术，其具有复用器以便连续地从阵列的各个段或像素中移出输出值。然后分析这个连续的像素数据流以确定最大输出值的位置，以此用于计算距所关注物体的距离。在很多应用中，非常重要的是，以高达GHz范围的非常高的频率对距离读数进行更新。然而，由于在大多数现有技术装置中连续地读出输出值，难以实现超过40kHz的采样速率。
EP0837301公开了一种位置探测装置和测距仪，其能够以高速和高精度探测位置。该装置包含阵列布置中的多个探测元件和用于处理来自探测元件的信号的计算工具，其中探测元件为光电探测元件，它们被布置在具有n个段的光电探测元件阵列中，计算工具为并行运算处理部分，其通过比较光电探测元件阵列的段的输出而计算具有最大强度的段并且基于光电探测元件阵列的段的输出来计算具有子段精度的强度峰值位置。
US-A-5 245 398公开了一种时间多路复用多区域测距仪，其具有带多个段的光电探测元件阵列。光电探测元件的输出被连接到模拟复用器的输入端，其中将来自一对包含两个相邻段的信号进行比较并且随后对不同的对进行处理。
US-5,448,359公开了一种电子估计系统，其处理来自光电探测器阵列的n个不同的光强以确定具有最高强度的光强。这利用阈值可实现，其高度对应于所有强度值之和的特定百分数值。如果多个信号超过该阈值，则对相应的高度值Z进行平均。
发明内容
本发明目的在于提供一种新的位置探测装置，其克服了现有技术的一个或多个缺点。这通过如权利要求1所界定的位置探测装置来实现。
这种装置的一个优点在于，其能够识别高频处峰值强度的位置。
另一个优点在于，其包含简单的电路，该电路能够被制造在探测器段的同一芯片上。
又一个优点在于，其可提供作为二进制代码的峰值段的位置。
在从属的权利要求中界定了本发明实施例。
下面将参考附图详细描述本发明，其中图1是按照本发明的一个实施例的示意图。
图2到11示出的是按照本发明的多个实施例的操作的图表。
图12到22是按照本发明的多个实施例的电路设计的实例(图a设计以及图b部件)。
具体实施例方式
图1示出的是按照本发明的位置探测装置10的第一实施例，其包含具有n＝16个段25的光电探测元件阵列20以及并行运算处理部分30，该并行运算处理部分被布置成通过比较光电探测元件阵列20的段25的输出值(OV)而识别具有最大强度的段25。并行运算处理部分30包含至少一个比较级40a-d，它们被布置成连续地选择/取消选择段25的输出值OV，直至具有最大强度的段25被选择。第一级40a被布置成接收各个光电探测元件段25的输出值OV作为输入段(IS)并且另外的级40b-d被布置成接收前面的级40a-c的输出值OV作为输入段IS。
按照本发明，并行运算处理部分30可包含任意适当数目的比较级40a-d，这依赖于光电探测元件阵列20中段25的数目，以及所使用的比较级40a-d的类型。
当光电探测元件阵列20受到探测光照射时，形成如图1中强度曲线50所说明的强度分布的信号同时从光电探测元件阵列20的段25输出。从段25输出的信号供给并行运算处理部分30，其具有n个输入端子35。光电探测元件阵列20优选为光电二极管阵列，但是其可以由能够以高速响应的任何适当的光电探测阵列布置构成。
光电探测元件阵列20优选地具有高达约1GHz的响应带宽并且通过执行高速采样其性能不应当退化。由于并行设计，并行运算处理部分30能够以高于数十个MHz的速度执行比较操作。由于并行运算处理部分30的细长设计，其能够并行处理大量的段25，由此能够以高速峰值探测速率达到极高的分辨率。当段25的数目n高于一千时，分辨率(由光电二极管阵列的长度来规范化)可以比如高于1/1000。
如上所述，与使用传统的PSD或CCD的位置探测元件相比，按照本发明的位置探测装置10能够以高速和高分辨率探测位置。
优选地设计按照本发明的位置探测装置10以使其能够在单个芯片上被制造，位置探测装置10包含光电探测元件阵列20和并行运算处理部分30。一种可能的方式是使用传统的CMOS技术，由此线性光电二极管阵列和信号处理电子部件可在同一过程中于同一芯片上被制造。由于这种设计，能够生产带有相关信号处理电路的非常大的光电二极管阵列，由此可易于实现理想的分辨率。
按照一个实施例，并行运算处理部分30包含至少一个逐对比较级40，其被布置成逐对地比较所选择的输入段IS的输出值OV，并且对于每个这样的对，选择具有最高输出值OV的输入段IS以及取消选择具有最低输出值OV的输入段IS。基于这种类型的比较级来设计并行运算处理部分30的一种可能的方式将在下面作为实施例11详细描述。按照该实施例，图12中示意性示出的、用于每对输入段IS的每对比较级包含选择电路，该电路包含一个用于选择具有最高输出值的输入段IS的比较器112以及一个双通道复用器113，双通道复用器113响应于比较器112在其输出端提供所选择的输入段IS的输出值OV。
如在下面更加详细描述的，通过提供作为二进制信号的来自比较器的输出，实施例1.1能够提供峰值段的位置而无需任何另外的逻辑电路。通过拒绝比较器，它还能够提供具有最小值的段的位置。
按照一个实施例，并行运算处理部分30包含至少第一级40，其形式为块比较级，被布置成将来自所选择输入段IS的输出值OV分成至少两个块、对每个块计算输出值OV的块平均值、比较块平均值、并且选择具有最高平均值的块。基于这种类型的比较级来设计并行运算处理部分30的一种可能的方式将在下面作为实施例12详细描述。按照该实施例，图13示意性示出的、每个块比较级包含多个选择电路(SC)。每个这样的选择电路包含m通道输入选择复用器123(ISMm)、m通道平均电路 122(AVC)、以及2通道输出选择复用器124(OSM)。平均电路122接收来自m个输入段IS121的输出值OV作为输入并且提供来自输入段IS的输出值OV的平均值作为输出。输入选择复用器123接收来自与同一选择电路中平均电路122相连接的m个输入段IS中的一个的输出值OV以及来自与其它选择电路中平均电路122相连接的m-1个输入段IS的输出值OV作为输入，并且将这些中所选择的一个作为输出提供。输出选择复用器124接收来自平均电路122以及输入段123的输出作为输入，并且将这两个中所选择的一个作为输出提供给下一个级。
如图13可看到的，如果决比较级B之前设有另一个决比较级A，则级B中每个平均电路122被布置成接收来自级A中m个平均电路122的输出作为输入，而级B中的输入选择复用器123被布置成接收来自与级B中同一选择电路中的平均电路122相连接的、级A中选择电路的m个输出选择复用器124中的一个的输出以及来自与级B中其它平均电路中的平均电路122相连接的、级A中选择电路SC的m-1个输出选择复用器124的输出值OV作为输入。在下面对实施例1.2的详细描述中，将对其进行详细描述。
与实施例1.1相比，实施例1.2基于更加简单的电路，但是其需要外部逻辑程序来控制复用器的连续设置。
下面的实施例1.3和1.4是上述实施例所示的不同比较级的可能的组合/变更的实例。更具体地，实施例1.4包含至少两个块比较级用来比较相同组的输入段IS，但是被分成与其它级的块边缘交叠的块，以使位于一个级中块边缘附近的峰值输出值OV并不是位于其它级中块边缘附近，由此该块的平均输出值OV将高于所有其它块的平均输出值，所述的块被选择。
按照又一个实施例，并行运算处理部分30包括阈值比较级，其被布置成将来自所有被选择的输入段IS的输出值OV与阈值相比较并且取消选择具有低于阈值的输出值OV的所有输入段IS直至仅有一个输出值OV保持高于该阈值。基于这种类型的单个比较级来设计并行运算处理部分30的一种可能的方式将在下面作为实施例2.2详细描述。按照该实施例，图17示意性示出的、光电探测元件阵列20的每个段221被连接到比较器222输入端中的一个，而其它输入端被连接到连续近似定序器223，其被布置成向比较器222提供阈值信号并且记录比较器222的输出。定序器223执行阈值的迭代变更直至仅有一个比较器222指示对应的输入段IS高于该阈值。
按照本发明的位置探测装置10的目的主要是用于三角测量测距仪，但是显然可用于期望以高速和高精度进行位置探测的其它应用。实施例综述概要定义·Npixel＝像素数目，该值通常选择为2的倍数。
这意味着Npixel＝2k。为了简化并且易于理解附图，在描述和附图中，k选择成4。然而，通过对电路设计简单调整，可以使k为任意数目。
·针对每个像素都存在有光电二极管放大器。
以后称为PDA。
·Si＝来自第i个PDA元件的输出信号。
·PDA电路可提供个别的或者全局的偏移和/或增益校正和/或相关双采样。
两个两个比较一般描述下面概述的方法论均依赖于两个两个地对信号进行迭代比较。在一些情形中，信号被聚集成仓(bin)并且采用仓号的平均，然后使用两个两个的比较网络以迭代的方式寻找最大的仓平均并且在最后的迭代中寻找具有最大信号/值的PDA。
实施例1.1两个两个连续比较描述图12示出的是电路设计的一个实例。
对于16像素线性阵列要求，该方法论包含比较器和2至1复用器的4个级。
级/步骤1PDA的111以两个两个的方式被连接到比较器112和2至1复用器113。这导致了在第一级中有8个比较器/复用器。
级/步骤2在第二级中，有4个比较器/2至1复用器被连接到前面的级复用器的输出端。
级/步骤3在第三级中，有2个比较器/2至1复用器被连接到前面的级复用器的输出端。
级/步骤4在第四级中，有1个比较器/2至1复用器被连接到前面的级复用器的输出端。
这导致了一共8+4+2+1＝15个比较器/2至1复用器。
方法论图2示出的是说明该实施例的操作的图表。
首先在级/步骤1中，两个两个地比较所有16个PDA信号，来自每次比较的最大信号向前通过2至1复用器被送进级/步骤2。
然后在级/步骤2中，两个两个地比较来自前面的级的8个最大信号，来自每次比较的最大信号向前通过2至1复用器被送进级/步骤3。
然后在级/步骤3中，两个两个地比较来自前面的级的4个最大信号，来自每次比较的最大信号向前通过2至1复用器被迭进级/步骤4。
然后在级/步骤4中，两个两个地比较来自前面的级的2个最大信号，来自该比较的最大信号向前通过2至1复用器被输送。这是来自16个PDA的最大信号/值。
对具有最大信号/值的PDA进行解码仅仅是对从最后一个比较器开始向后的比较器输出状态进行解码。比较器输出给出了PDA数目的直接的二进制表示。拒绝比较器输出则给出了寻找具有最小信号/值的PDA的结果。对于具有1024像素的线性阵列，将需要带有512+256+128+64+32+16+8+4+2+1＝1023个比较器/2至1复用器的10个级/步骤，。
实施例1.2两个两个连续比较，其中仓平均值大小用2除描述图13示出的是电路设计的一个实例。
该方法被设计成将比较器的数量减至最少并且仅使用一个。
对于16像素的线性阵列要求，该方法论包含平均化和两个2至1复用器的3个级以及含有比较器的第四级。平均电路采用两个信号的平均，这意味着OUR=Si+Si+12]]>级/步骤1PDA的121以两个两个的方式被连接到平均电路122和一个2至1复用器123。连接到平均电路并且连接到第一2至1复用器是另一个2至1复用器124。这导致了第一级中8个平均/复用器。
级/步骤2在第二级中，有4个平均/两个2至1复用器被连接到前面的级复用器的输出端。
级/步骤3在第三级中，有2个平均/两个2至1复用器被连接到前面的级复用器的输出端。
级/步骤4在第四级中，有一个比较器125被连接到前面的级复用器的输出端。
这导致了一共8+4+2＝14个平均/两个2至1复用器+一个比较器。
方法论图3示出的是说明该实施例的操作的图表。
对于16像素阵列，该方法论如下并且依赖于仅有一个比较器被用来确定在多次迭代中最大的那一半。对于16像素阵列将存在四次迭代。
第一迭代对于单个比较器有两个平均，A=18*(S1+S2+.....+S8)]]>以及B=18*(S9+S10+.....+S16)]]>被连接并且我们使用比较器来确定最大的平均。这通过将所有的2至1复用器124设置成使得来自平均电路122的所有平均被连接到比较器125而实现。
第二迭代当进行每次以及另一次的比较时，来自第一迭代的最大平均被分成两半，它们含有四个信号/值。
第三迭代当进行每次以及另一次的比较时，来自第二迭代的最大平均被分成两半，它们含有两个信号/值。
第四迭代当进行每次以及另一次的比较时，来自第三迭代的最大平均被分成两半，它们含有一个信号/值。这是最后的迭代，其中我们比较了两个单独的信号。
对具有最大信号/值的PDA进行解码仅仅是对从第一迭代开始向前到第四迭代的每次迭代中比较器输出状态进行解码。每次迭代中的比较器输出状态直接给出了具有最大信号/值的信号的PDA数目的的二进制表示。拒绝比较器输出则给出了寻找具有最小信号/值的PDA的结果。对于具有1024像素的线性阵列，将需要带有512+256+128+64+32+16+8+4+2＝1022个平均电路和两个2至1复用器以及一个比较器的9个级/步骤。
实施例1.3两个两个连续比较，其中 描述图14示出的是电路设计的一个实例。
该方法论使用适当混合的比较器/平均电路和复用器。
该方法论是1.1和1.2的混合并且可被描述为在两次迭代步骤中两步的两个两个比较。
来自PDA的131的16个信号被分组成四个平均信号/值132，A1=14*(S1+..+S4),]]>A2=14*(S5+..+S8),]]>A3=14*(S9+..+S12)]]>以及A4=14*(S13+..+S16).]]>也有四个4至1复用器1 33以下面的方式被连接到16个PDA。PDA信号1、5、9、13连至第一复用器，PDA信号2、6、10、14连至第二复用器，PDA信号3、7、11、15连至第三复用器，PDA信号4、8、12、16连至第四复用器。
2至1复用器134被连接到平均电路和4至1复用器。
3个比较器135、137连同2至1复用器136的两个级的网络被连接到这些四个信号。
级/步骤1四个2至1复用器134以两个两个的方式被连接到比较器135和2至1复用器136。这导致了第一级中2个比较器/复用器。
级/步骤2在第二级中，一个比较器被连接到前面的级复用器136的输出端。
上述网络用于两次迭代。比较级包含2+1＝3个比较器和两个2至1复用器。平均和选择级包括四平均-，4至1和2至1复用器。
方法论图4示出的是说明该实施例的操作的图表。
第一迭代首先在级/步骤1中，对所有四个平均信号进行两个两个比较，来自每次比较的最大信号向前通过2至1复用器被送进级/步骤2。
然后在级/步骤2中，对来自前面的级的两个最大信号进行两个两个比较。
第一迭代由此确定四个中最大的仓平均。
第二迭代然后在级/步骤1中，对来自前面的级的最大信号的4个信号进行两个两个比较，来自每次比较的最大信号向前通过2至1复用器134被送进级/步骤2。
然后在级/步骤2中，对来自前面的级的2个最大信号进行两个两个比较，来自该比较的最大信号是16个PDA的最大信号/值。
对具有最大信号/值的PDA进行解码仅仅是对从最后一个比较器开始向后的比较器输出状态进行解码。比较器输出给出了PDA数目的直接的二进制表示。拒绝比较器输出则给出了寻找具有最小信号/值的PDA的结果。对于具有1024像素的线性阵列，将需要带有512+256+128+64+32+16+8+4+2+1＝1023个比较器/2至1复用器的10个级/步骤实施例1.4两个两个比较，其中具有重叠的仓描述图15示出的是电路设计的一个实例。
形成重叠仓的一种方式是根据下述方法。BIN1＝S1至S8，BIN3＝S9至S16、BIN2＝S4至S12。
″问题″是该仓由8个信号组成并且用于两次迭代的两个两个比较网络将不能有效地用于该仓配置中。在一个有效的结构中，仓的数目等于仓中PDA信号的数目。该结论说明，对于16信号/像素阵列，我们将应用下述的方法，该方法可简单描述为，与两个步骤中进行两个两个比较不同，我们在三个步骤中进行。
参考图15，该解决方案包括16个PDA141、由两个电路142、143构成的两级平均电路。平均电路用来生成四个信号的重叠平均。在平均电路形成包括一个4至1复用器144、一个9至1复用器145、之后是另一个2至1复用器147的电路簇之后，与该复用器并联的是经过两级平均的电路146并且这两个电路被连接到2至1复用器148。有四个2至1复用器148被连接到四个两个两个信号比较网络，该网络包括三个比较器149，1411和两个2至1复用器1410。
方法论图5示出的是说明该实施例的操作的图表。
比较1对于第一比较，复用器148处于这种位置并被连接到平均电路146以使我们比较四个重叠仓的平均，即BIN1＝S1至S8，BIN3＝S9至S16、BIN2＝S4至S12以及BIN4＝S13至S16。在我们使用比较网络寻找四个仓平均中最大的一个的地方，BIN4＝S13至S16被8除以便保证其不大于其它三个平均中的任何一个。
比较2在第二比较中，两个2至1复用器147、148被控制以使4至1复用器144被连接到两个两个比较网络。该4至1复用器144被设在这种位置使得来自比较1的具有最大平均的仓现在被分成四个更小并且重叠的仓。如果我们看一下信号曲线图(图5)，示出这个的含意是最容易的，在该图中对两条曲线而言可以发现BIN2平均在比较1中是最大的。正如由该图可看到的，BIN2被分成四个新的更小的Bjn并且它们各自通过4个平均来划分。这导致了我们具有四个被连接到两个两个比较网络的新的信号，我们利用该网络寻找最大的仓平均。从信号曲线图我们看出上部曲线为BIN3而底部曲线为BIN2。
比较3在第三比较中，我们控制复用器147、148以使比较网络被连接到9至1复用器1 45。然后我们使用来自比较2的结果以控制复用器145从而使得在比较2中形成的最大仓平均的四个PDA/像素信号被连接到两个两个比较网络。从信号曲线图我们可以看出最后的比较导致了像素/PDA信号10和8分别被发现是顶部和底部曲线的最大信号。
当在仓中使用偶数个PDA信号时这可被精简成下面的公式Npixe＝像素的数目NBIN＝仓的数目重叠仓的数目和最后的仓中的像素＝2×NBINk＝迭代的次数这导致了(2xNBIN)xNBINk=Npixel]]>假设Npixel＝16，这导致了2xNBINk+1=16=24⇒NBINk+1=23⇒k+1=3⇒k=2]]>同样的适用于1024阵列的公式，以两个不同的结果结束。
2xNBINk+1=1024=210⇒NBINk+1=29=23x3=83]]>这导致了1.NBINk+1=29⇒k+1=9⇒k=8]]>以及NBIN＝22.NBINk+1=83⇒k+1=3⇒k=2]]>以及NBIN＝8用于优化电路拓扑的另一个选择是将最后仓中的像素数目选择成奇数。该电路拓扑不会优化任何确定方法，因为它不是两个幂的函数，尽管它将使平均电路的数目减至最少。
对于这种拓扑，该公式如下Npixel＝像素的数目NBIN＝仓的数目重叠仓的数目和最后的仓中的像素＝2×NBIN-1k＝迭代的次数这导致了(2xNBIN-1)xNBINk=Npixel]]>假定NBIN＝23x2k＝Npixel2水平阈值一般描述在该部分中描述的方法论是以在已经将阈值和鉴别应用于信号之后以迭代的方式计算所有信号的平均为基础的，在下面这个平均被称为 其中k表示第k次迭代。对于每个信号Sj逐一比较平均/阈值，j指第j个信号值。如果信号值大于平均，则来自识别电路的输出被设成Sj否则为0。这可表述为如果Sj>mk‾]]>则OutSi＝Sj否则OutSi＝0根据这些识别信号可计算新的平均。平均计算能够以更正式的方式被描述为mk‾=sum(OutSi)/N]]>其中OutSi＝Si如果Si>mk-1‾]]>否则是OutSi＝0；N＝Si≠0的数目.
实施例2.1斜波发生器描述图16示出的是电路设计的一个实例。
比较器212被连接到每个PDA/像素211，信号/值发生器214被连接到这些比较器的其它输入端。比较器的输出端被连接到逻辑电路213，其探测峰值和谷值-信号值。
方法论图6示出的是说明该实施例的操作的图表。
值/信号发生器214产生作为时间函数的锯齿形信号/一组值。信号/值从PDA的最低可能的值到最高可能的值变化。逻辑电路213对具有最高和/或最低信号/值的像素进行解码。该具体实施例被认为是现有技术，但包括在这里，因为后面的一些实施例将结合更加智能的方法论以寻找具有最高/最小信号/值的像素。
实施例2.2连续逼近阈值描述图17中示出的是电路设计的一个实例。
比较器222被连接到每个PDA/像素221，近似定序器电路223被连接到比较器的其它输入端。比较器的输出端被连接到连续近似定序器电路223的输入端子，该电路探测是否存在有比最后施加的阈值更大的任何信号。连续近似定序器电路223推断出施加给比较器的新的阈值。
方法论图7示出的是说明该实施例的操作的图表。
请参考信号曲线图以此大概了解该方法的工作方式。
来自近似定序器电路223的输出产生一组值，信号/值从PDA的最低可能的值到最高可能的值变化。在下面该信号范围被称为Urange。
迭代1第一迭代开始于等于0.5×Urange的阈值电压被施加时。然后近似定序器电路223探测是否存在有比该阈值更大的任何信号。
如果是则其计算等于旧阈值+Urange/4的新阈值，否则其计算等于旧阈值-Urange/4的新阈值。
迭代2第二迭代开始于在迭代1中计算的新阈值被施加时。
然后近似定序器电路223探测是否存在有大于该阈值的任何信号。
如果是则其计算等于旧阈值+Urange/8的新阈值，否则其计算等于旧阈值-Urange/8的新阈值。
迭代3第二迭代开始于在迭代2中计算的新阈值被施加时。
然后近似定序器电路223探测是否存在有大于该阈值的任何信号。
如果是则其计算等于旧阈值+Urange/16的新阈值，否则其计算等于旧阈值-Urange/16的新阈值。
迭代处理依赖于有多少被执行的步骤，但是对于8-步骤的解决方案，其给出了1/256.1/2，1/4，1/8....1/256的分辨率。
实施例2.3连续平均化和阈值描述图18和19示出的是电路设计的实例。
对于每个像素有一个比较器232，其输入端之一被连接到PDA/像素231信号/值。信号/值发生器被连接到另一个输入端。比较器232的输出控制2至1复用器233。两个信号/值被连接到2至1复用器233的两个输入端。其中一个信号是来自比较器输入端的PDA的PDA信号。另一个是信号/值，其为零、0234。此外，还有两个16平均电路235、236，OUT=116Σi=116INi.]]>平均电路235取来自2至1复用器233的信号/值的平均。另一个平均电路236取比较器信号输出的平均，它可以是零、0或一、1。然后两个平均信号被送至除法和迭代定序器电路237。
方法论图8示出的是说明该实施例的操作的图表。
在对该方法论进行描述时请参考信号图。
该迭代方法如下迭代1在第一迭代中，来自除法-和迭代定序电路237的输出为0或零。如果我们假设所有的PDA信号都大于零、0。那么这导致了所有比较器的输出为一、1并且来自2至1复用器233的信号/值等于PDA信号/值。此后，电路237从235、236读出两个平均值并且计算总平均。然后该平均值被送至比较器电路。
迭代2在第二迭代中，来自前面迭代的平均值被送至比较器。其结果是具有小于平均信号的PDA信号的所有比较器在其输出端变为零、0。具有更高的PDA信号/值的比较器变为一、1。这还导致了，对于所有的比较器，其中PDA信号/值小于平均信号/值，来自2至1复用器233的输出等于零、0，并且对所有的比较器，其中PDA信号/值大于来自除法和迭代定序器电路237的平均信号，来自2至1复用器233的输出等于PDA信号/值。从这些新的比较器和2至1复用器信号，我们能够计算平均电路235、236中的两个新的平均信号。这两个新的平均信号被送至除法和迭代定序电路237以计算新的总平均。这个平均大于在迭代1中计算的平均，因为其仅含有大于在迭代1中计算的平均的信号。这个新的平均信号被送至比较器。
迭代3重复同样的过程。仅使用大于平均的信号来计算新的平均值。
重复该过程直至仅剩下最大信号值。
如由信号曲线图18和19可看到的，这通常在很少的几次迭代中达到。该方法依赖于我们所做的除法。为了使任何硬件设备更便于应用，我们希望避免任意整数的除法。如果我们计算出比较器信号的数目并且之后将该数目四舍五入到最接近的较大的、为2的K次幂的数目(即1、2、4、8...)，则可以避免这一点。
实施例2.4连续平均和具有由2个仓划分的阈值描述图20示出的是电路设计的一个实例。
该方法论基于和方法论1.2相同的电路-拓扑，除两个两个比较网络被除法和迭代定序电路代替之外。
对于16-像素线性阵列的描述如下。
首先，存在有PDA电路241的一部分。两级平均电路242以两个两个的方式被连接到PDA电路，其中OUT=12Σi=12INi.]]>2至1复用器243与平均电路并联。然后这些两个电路被连接到2至1复用器244。电路242、243和244是在三个级中重复的簇，三个级中含有8，4，2个这样的簇。
最后的级含有两个电路簇，它们被连接到两个比较器245的输入端中的一个。两个比较器上的其它输入端被连接到除法和迭代定序电路2410。然后两个比较器245的输出端被连接到两个2至1复用器247的控制输入端。比较器输出还被连接到2平均电路249，OUT=12Σi=12INi.]]>2至1复用器的输入被连接到两个信号，一个输入被连接到零、0信号/值，第二输入被连接到其对应的比较器输入信号。然后来自2至1复用器的输出被连接到2平均的电路248，OUT=12Σi=12INi.]]>然后两个2平均的电路248、249被连接到除法和迭代定序器电路2410。
方法论图9示出的是说明该实施例的操作的图表。
该方法论是一个迭代过程，我们将像素分成两半并且计算两半的平均。然后将高于阈值/平均值的一半再分成两个新的半部。这意味着我们具有逐步(step wise)含有16-像素线性阵列的8、4、2、1个像素的半部。
请参考信号曲线图以理解方法论是如何针对″实际″信号工作的。
迭代1第一迭代开始于来自除法和迭代定序电路的阈值信号为零、0。我们假设所有PDA信号/值均大于零、0。这导致了比较器输出均为一、1并且来自2至1复用器247的输出均具有来自阵列的每个一半的平均信号。由此我们可计算新的平均值，我们输出该平均值并且将该平均值取作输入信号的阈值。这导致一半更小并且由此在比较器和2至1复用器的输出端变成零、0。
迭代2第二迭代开始于我们将来自迭代1的最大的一半分成两个新的半部。然后我们对来自迭代1的最后的平均取阈值，其等于在该迭代步骤中最大的一半的平均。
迭代3第三迭代开始于我们将来自迭代2的最大的一半分成两个新的半部。然后我们对来自迭代2的最后的平均取阈值，其等于在该迭代步骤中最大的一半的平均。
迭代4第四迭代开始于我们将来自迭代3的最大的一半分成两个新的半部，其在该迭代步骤中成为两个单独的像素。然后我们对来自迭代3的最后的平均取阈值，其等于在该迭代步骤中最大的一半的平均。该迭代步骤结束时，我们找到具有最大信号/值的PDA以及该数值本身。
实施例2.5连续平均和阈值，其中 描述图21示出的是电路设计的一个实例。
用于该方法论的电路拓扑类似关于方法论1.3的电路。来自PDA的251的16个信号被分组成四个平均信号/值252A1=14*(S1+..+S4),]]>A2=14*(S5+..+S8),]]>A3=14*(S9+..+S12),]]>以及A4=14*(S13+..+S16).]]>四个4至1复用器253以如下方式被连接到16个PDA。PDA信号1、5、9、13连至第一复用器，PDA信号2、6、10、14连至第二复用器，PDA信号3、7、11、15连至第三复用器，PDA信号4、8、12、16连至第四复用器。2至1复用器254被连接到平均电路以及4至1复用器。
然后2至1复用器254的输出端被连接到比较器255输入端中的一个。比较器255的其它输入端被连接到除法和迭代定序电路2510。2至1复用器256的控制端口被连接到每个比较器输出端。PDA或4平均信号被连接到2至1复用器输入中的一个，2至1复用器的其它输入被连接到零、0信号/值。
2至1复用器256的输出被连接到4平均电路258。比较器的输出端被连接到另一个4平均电路259。4平均电路被连接到除法和迭代定序电路2510。
方法论图10示出的是说明该实施例的操作的图表。
该方法可简单描述为，首先找到具有最大平均的四分之一部分，然后将该四分之一部分分成组成像素并且寻找最大的PDA/像素值。
在对该方法进行描述时请参考信号曲线图。
第一步骤和迭代第一迭代起始于零、0信号/值的阈值水平被施加。然后计算4个输入平均的平均。该新的阈值水平被施加于比较器输入端，所有小于该阈值的PDA信号均被强迫为零、0信号/值。这导致对平均并且由此对阈值的新的计算。执行该迭代直至仅剩下一个大于阈值的仓。
当其发生时，处理继续进行到第二步骤。
第二步骤和迭代第二步骤起始于最大的仓被分成它的像素。然后我们开始迭代过程并且向比较器施加最后的阈值。小于阈值的值被识别并且被设置成零/0信号/值。计算新的平均值和阈值并且施加给比较器，继续该处理直至仅剩余一个或两个像素。
实施例2.6连续平均和阈值，其中具有重叠仓的识别描述图22示出的是电路设计的一个实例。
用于该方法的电路拓扑如下。
首先，有16个PDA电路261被两个两个连接到一层2平均电路262。这些平均电路被连接到第二层2平均电路263。这些2平均电路以如此方式被连接使得我们产生一组具有两个重叠的移动平均。其间还有一组平均电路用于产生步骤2的第四平均值/信号。
在平均电路形成包括一个4至1复用器364、一个9至1复用器265、之后是另一个2至1复用器267的电路簇之后，2平均电路266与该复用器并联并且这两个电路被连接到2至1复用器268。
一组4个比较器269被连接到2至1复用器268。在除法和迭代定序电路2614中产生的阈值被连接到比较器269的其它输入端。来自比较器269的输出端被连接到2至1复用器2610的控制输入端。PDA/平均信号被连接到2至1复用器2610的输入端中的一个并且零/0信号/值被连接到其它输入端。2至1复用器2610的输出端被连接到4平均电路2612。比较器的输出端被连接到另一个4平均电路2613。两个平均电路被连接到除法和迭代定序器电路2610。
方法论图11示出的是说明该实施例的操作的图表。
该方法论依赖于我们在迭代步骤中寻找最大的仓平均。仓重叠达到50％。对于16像素阵列，这意味着我们在其迭代过程中执行三个步骤，其中我们在每一步推断哪个仓平均是最大的。在最后的步骤中，我们找到具有最大信号/值的像素。
步骤1在第一步骤中，复用器268被设置在如此位置并被连接到平均电路266使得我们由四个重叠的仓(BIN1＝S1到S8、BIN3＝S9到S16、BIN2＝S4到S12以及BIN4＝S13到S16)确定平均的阈值。步骤1中的第一迭代起始于我们确定零/0信号/值的阈值。然后我们由此计算平均并且使用该新的平均信号/值作为迭代1中的新阈值。所有小于该阈值的PDA信号/值被识别并且被设置成零/0信号/值。第二迭代起始于我们利用识别的信号计算新的平均并且使用其作为阈值。继续该过程直至仅剩下一个仓。我们将迭代阈值与平均和识别过程一起使用来寻找四个仓平均中最大的一个，BIN4＝S13到S16被8除以便保证它不大于其它三个平均中的任何一个。
步骤2在步骤2中，控制两个2至1复用器267、268以使4至1复用器264被连接到四个比较器269。4至1复用器264被设置在如此位置使得来自步骤1的具有最大平均的仓现在被分成四个更小并重叠的仓。如果我们参考信号曲线图中的两条曲线，就会发现BIN2平均在步骤1中是最大的一个。正如由该图可看出的，BIN2被分成四个新的更小的BIN并且它们各自通过4个平均来划分。这导致了我们具有四个被连接到阈值和识别网络的新的信号，我们利用其寻找最大的仓平均。由信号曲线图我们可看出，上部曲线为BIN3而底部曲线为BIN2。
步骤3在步骤3中，我们控制复用器267、268以使比较器网络被连接到9至1复用器265。然后我们使用来自步骤2的结果来控制复用器265以使在步骤2中形成的最大仓平均的四个PDA/像素信号被连接到比较、阈值和识别网络。由信号曲线图我们可看出，最后的迭代导致像素/PDA信号10和8分别被发现是上部和底部曲线的最大值。
权利要求
1.一种位置探测装置(10)，包含具有n个段(25)的光电探测元件阵列(20)和被布置成通过比较所述光电探测元件阵列的所述段(25)的输出值(OV)而识别具有最大强度的段(25)的并行运算处理部分(30)，其特征在于，所述并行运算处理部分(30)包含至少一个比较级(40a-d)，其被布置成连续地选择/取消选择所述段s(25)，直至具有最大强度的段被选择，第一级(40a)接收来自各个光电探测元件段(25)的输出值(OV)作为输入段(IS)并且任何另外的级(40b-d)接收来自所述前面的级(40a-c)的输出值(OV)作为输入段(IS)。
2.如权利要求1所述的位置探测元件，其特征在于，所述并行运算处理部分包含至少一个逐对的比较级，其被布置成逐对地比较所选择输入段(IS)的输出值(OV)，并且对于每个这样的对选择具有最高输出值(OV)的输入段(IS)并取消选择具有最低输出值(OV)的输入段(IS)。
3.如权利要求1所述的位置探测元件，其特征在于，用于每对输入段(IS)的每个逐对比较级包含选择电路(SC)，该电路包含一个用于选择具有最高输出值的所述输入段(IS)的比较器和一个双通道复用器，所述双通道复用器响应于比较器在其输出端提供所选择的输入段(IS)的输出值(OV)。
4.如权利要求1到3中任何一项所述的位置探测元件，其特征在于，所述并行运算处理部分包含至少形式为块比较级的第一级，其被布置成将所选择的输入段(IS)的输出值(OV)分成至少两个块、对于每个块计算所述输出值(OV)的块平均值、比较所述块平均值、并且选择具有最高平均值的块。
5.如权利要求4所述的位置探测元件，其特征在于，每个块比较级包含至少两个选择电路，每个选择电路SC包含m通道输入选择复用器(ISMm)、m通道平均电路(AVC)、以及2通道输出选择复用器(OSM)，所述平均电路接收m输入段(IS)的输出值(OV)作为输入并且提供所述输入段(IS)的输出值(OV)的平均作为输出，所述输入选择复用器接收来自与相同选择电路中所述平均电路相连接的所述m输入段(IS)的输出值(OV)之一以及来自与其它选择电路中平均电路相连接的m-1输入段(IS)的输出值(OV)作为输入，并且提供这些中所选择的一个作为输出，所述输出选择复用器接收所述平均电路和所述输入选择复用器的输出作为输入，并且向下一个级提供这两个中所选择的一个作为输出。
6.如权利要求5所述的位置探测元件，其特征在于，如果块比较级前设有另一个块比较级，则每个平均电路被布置成接收来自所述前面的级中m个平均电路的输出作为输入，而所述输入选择复用器被布置成接收来自与相同选择电路中所述平均电路相连接的所述前面的级中所述选择电路的所述m个输出选择复用器之一的输出以及来自与其它选择电路SC中平均电路相连接的所述前面的级中所述选择电路SC的m-1个输出选择复用器的输出值(OV)作为输入。
7.如权利要求4到6中任何一项所述的位置探测元件，其特征在于，它包含至少两个块比较级，其比较同一组输入段(IS)但是被分成与其它级中的块边缘重叠的块，以使位于一个级中的块边缘附近的峰值输出值(OV)并不靠近其它级中的块边缘，由此该块的所述平均输出值(OV)将高于所有其它块，所述的块被选择。
8.如权利要求1到7中任何一项所述的位置探测元件，其特征在于，所述并行运算处理部分包括阈值比较级，其被布置成将所有选择输入段(IS)的输出值(OV)与阈值比较并且取消选择所有具有低于所述阈值的输出值(OV)的输入段(IS)。
9.如权利要求2或3所述的位置探测元件，其特征在于，所述并行运算处理部分包含足够数目的逐对地比较级以此取消选择除n个段之一以外的全部。
10.一种测距仪，其特征在于，它包含如权利要求1到9中任何一项所述的位置探测元件。
全文摘要
一种位置探测装置，包括具有n个段的光电探测元件阵列以及并行运算处理部分，所述并行运算处理部分被布置成通过比较来自光电探测元件阵列的段的输出值(OV)而识别具有最大强度的段。并行运算处理部分包含至少一个比较级，其被布置成连续地选择/取消选择所述的段，直至具有最大强度的段被选择，第一级接收各个光电探测元件段的输出值OV作为输入段(IS)并且任何另外的级接收前面的级的输出值OV作为输入段IS。还提供一种测距仪，其包括该位置探测装置。
文档编号G01S17/00GK1867833SQ200480029680
公开日2006年11月22日 申请日期2004年8月12日 优先权日2003年8月13日
发明者U·古尔德瓦尔 申请人:伊林诺瓦公司