用于阵列横向效应位置感测检测器的系统和方法
【技术领域】
[0001]本系统和方法涉及阵列横向效应位置感测检测器(array lateral effectposit1n sensing detector)0
【背景技术】
[0002]到达角(angle of arrival) (AOA)传感器通常包括收集入射光的光圈(aperture)，诸如来自使光从物体向后散射的激光指示器或激光照明器的光。光圈将所照亮的点投影到4象限检测器上。所照亮的点的尺寸略微大于检测器的一个象限的尺寸，使得至少两个象限被照亮。各个象限检测器产生输出电流。然后，处理四个输出电流的值以确定所照亮的点的中心或几何中心位置，并且因此确定入射光相对于光圈和检测器的公共轴的到达角。
【发明内容】
[0003]根据一个方面提供了系统和方法，能够用于定位照亮区域的光点(spot oflight)的位置。该区域可以被分为多个更小区域并且通过多个更小区域的横向效应位置感测检测器进行感测。能够利用与该横向效应位置感测检测器相连接的一组开关从该横向效应位置感测检测器选择输出。
[0004]另一个方面包括用于阵列位置感测检测器的系统和方法。该阵列位置感测检测器包括横向效应位置感测检测器元件和求和放大器(summing amplifier)。该横向效应位置感测检测器元件产生通过开关与该求和放大器相耦接的输出。许多其他实施方式是可行的，并且实施方式不应当受该
【发明内容】
部分的限制。
[0005]当审视附图和详细说明时，其他系统、方法、特征和优点将是显而易见的或将变得显而易见。预期的是所有这类额外的系统、方法、特征和优点被包含在此说明书中并且由所附权利要求进行保护。
【附图说明】
[0006]结合以下详细说明参考附图，在附图中，相同数字在不同的图中能够指代相同的元件。
[0007]图1是示例性双轴横向效应位置感测检测器(LEPSD)的框图。
[0008]图2是包括用于LEPSD的前置放大器和位置确定装置(posit1n determinat1n)的示例性电子电路的电路图。
[0009]图3是LEPSD元件的示例性阵列的电路图，基于逐帧动画(frame-by-frame)来设置该LEPSD元件的输出。
[0010]图4是包括具有来自连接到不同的模数转换器的不同LEPSD元件的输出的LEPSD阵列的电路图。
[0011 ] 图5是示例性LEPSD阵列的电路图，针对示例性LEPSD阵列，通过电流求和放大器组合针对各个LEPSD元件的定位电流。
[0012]图6是具有包括来自多个阵列元件的开关输出的信号组合模块的示例性阵列LEPSD (ALEPSD)的电路图。
[0013]图7是将来自多个LESH)阵列元件的输出进行组合的示例性电压求和电路的电路图。
[0014]图8示出了确定LEPSD如何识别偏移值的若干示例性实例。
[0015]图9示出了如何通过LEPSD信道的位置确定电路(TOC)产生与照亮点的位置电压有关的偏移电压的实例。
[0016]图10是用于确定偏移脉冲的示例性电路的电路图。
[0017]图11是具有被设置为偏移电压的偏移量的不例性LESH)兀件的电路图。
[0018]图12是用于确定偏移脉冲的示例性电路的电路图。
[0019]图13示出了其中点跨若干相邻的LEPSD元件的若干示例性情况。
[0020]图14是包括电压求和放大器的示例性电路图，该电压求和放大器具有根据针对与该放大器相关联的LEPSD信道的控制信号值而调整的可变增益控制。
[0021]图15示出了其中不同相邻的子组具有一些重叠的LEPSD元件的实例。
[0022]图16是用于级联求和放大器的多个级的示例性电路的电路图。
【具体实施方式】
[0023]系统和方法提供了用于阵列横向效应位置感测检测器(ALEPSD)的电子信号组合模块。系统和方法能够使多个较小范围的横向效应位置感测检测器(LEPSD)元件的阵列提供大范围的LEPSD的位置确定能力，并且通过到达角传感器实现的广角视野能够包括大的检测器范围。系统和方法还能够提供较小范围的LEPSD元件的高速和大频率带宽响应。系统和方法包括电子电路，该电子电路将来自阵列的多个LEPSD元件的定位输出波形与利用针对两个正交轴(orthogonal axes)中的每一个而给定的输出相组合，以产生两个新的输出波形，两个新的输出波形表示还是沿着两个正交轴中的每一个的照亮大范围阵列的一部分的一个或多个光点的位置。来自被入射光照亮的那些LEPSD元件的点位置信号通过一组开关而被耦合至组合器电路或模块。存在用于阵列的各个LEPSD元件的开关组。
[0024]图1是示例性双轴横向效应位置感测检测器(LEPSD) 100的框图。LEPSD 100能够感测到小聚焦或近聚焦的光点的位置。能够利用LEPSD通过光检测范围的大小来限制光点的最大可允许偏移，并且因此限制通过到达角传感器所检测到的最大角度偏差。LEPSD 100能够沿着X轴和1轴确定入射光点的位置，X轴和1轴的原点位于那个设备的光检测区域的中心。在一个实例中，LEPSD 100具有位于正方形设备的四条边上的四个电极。一组的两个电极位于设备的顶部附近，并且另一组的两个电极位于设备的底部附近。彼此垂直地布置那两个组。一组电极被用于确定光点的X位置并且另一组被用于确定光点的y位置。
[0025]双轴LEPSD 100具有位于两个横向电阻层(laterally resistive layer)之间的光吸收和光电流生成层。入射光点相对于一组的两个电极的相对位置将确定从那两个电极输出的两个电流的相对量。基本上通过电阻分压器来传导光电流，电阻分压器的电阻值取决于所照亮的点相对于一组的两个电极的位置。如果所照亮的点位于设备中心，则从电极输出的两个电流是相等的。那两个电流相减的结果是零。如果所照亮的点位于非常接近于一个电极的位置，则从那个电极输出的电流比从相对的电极输出的电流大得多。
[0026]例如，考虑到沿着y轴放置的两个电极，如果光点靠近位于正的1值处的电极(即，电极Y2)，则电流1￥2将比电流I ￥1大很多。差值(I Y2-1Y1)将是正的。为了使y位置确定对光的实际强度并且对总光电流IP不敏感，将差值电流除以两个电流的和(例如，(iY2 -Ιγι)/(Ιγ2+Ιγι))ο类似地，通过来自XI电极和Χ2电极的两个输出电流给出X位置确定。从模拟运算(ΙΧ2-ΙΧ1)/(ΙΧ2+ΙΧ1)确定X位置。利用硅检测器材料制备的双轴LEPSD100以及它们的信号处理电路可从各种商业供应商处获得，诸如Thorlabs，OSI Optoelectronics, PacificSilicon Sensor 公司和 On-Trak Photonics 公司。
[0027]图2是包括用于LEPSD 100的前置放大器和位置确定装置的示例性电子电路200的电路图。电路200包括与电子跨阻抗(transimpedance)前置放大器电路210相连接的LEPSD 100、模拟差分电路220、求和电路230以及除法器电路240，例如，由0SI光电子公司所制造的。这些模拟差分电路、求和电路和除法器电路包括LEPSD 100的位置确定电路(PDC) ο虽然单个LEPSD 100能够位于照亮那个LEPSD范围的一部分的光点处并且因此确定入射光的到达角，并且能够通过单个LEPSD 100的相对小的范围来限制对于那个到达角传感器的高分辨率的整体视野。扩大LEPSD100的大小会导致其电容的增加，并且因此降低了其频率响应且增加了其噪声。
[0028]图3是LEPSD元件示例性阵列的电路图300，基于逐帧动画来设置LEPSD元件的输出。增加整体的光检测范围的一种方法是使用LEPSD元件的阵列。对于二维阵列，各个LEPSD 100是四边形设备，该四边形设备具有一个横向导电层；以及与吸收层位于相同侧并且被连接到该横向导电层的四个触点。与针对成像阵列(imager array)的输出类似，来自多个LEPSD元件的模拟输出被设置在共享组的输出线上，但却是以时分复用的方式。基于时间采样的逐帧动画设置对于多个阵列元件的时分复用输出，而不是设置对于LEPSD元件的连续时间输出信号。因此，虽然各个LEPSD元件的响应带宽和其前置放大器电路210可