Устройство обнаружения и локализации, содержащее множество фотодиодов



Устройство обнаружения и локализации, содержащее множество фотодиодов
Устройство обнаружения и локализации, содержащее множество фотодиодов
H01L31/02024 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2730441:

САФРАН ЭЛЕКТРОНИКС ЭНД ДИФЕНС (FR)

Настоящее изобретение относится к области оптического обнаружения и, в частности, обнаружения световых пятен, отражаемых или излучаемых объектами, с целью позиционирования объектов в трехмерном пространстве. Устройство обнаружения и локализации, содержащее несколько оптических датчиков (Q1, Q2, Q3, Q4), имеющих поля зрения, которые в совокупности образуют поле зрения устройства обнаружения и локализации, при этом каждый датчик содержит множество фотодиодов, имеющих поля зрения, в совокупности образующие поле зрения датчика, при этом датчики связаны с блоком управления таким образом, что каждый датчик выдает первый сигнал, соответствующий сумме сигналов по меньшей мере двух из фотодиодов. Изобретение обеспечивает средство для улучшения характеристик устройства обнаружения и локализации. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области оптического обнаружения и, в частности, обнаружения световых пятен, отражаемых или излучаемых объектами, с целью позиционирования объектов в трехмерном пространстве.

Уровень техники

Известно устройство обнаружения и локализации, содержащее оптический датчик, имеющий четыре фотодиода, которые выдают сигнал, пропорциональный количеству полученной световой энергии, и имеют поля зрения, которые в совокупности образуют поле зрения датчика. Следует различать общее поле зрения датчика, являющееся оптическим полем, в котором световое пятно может быть обнаружено по меньшей мере одним из фотодиодов, и линейное поле зрения, являющееся частью общего поля зрения, в которой несколько фотодиодов наблюдают световое пятно, обеспечивая, таким образом, возможность выполнения углового измерения. Устройство обнаружения и локализации связано с вычислительной схемой, выполненной с возможностью выполнения угловых измерений, то есть с возможностью определять положение светового пятна, находящегося в линейном поле зрения датчика, посредством вычисления барицентра или «центра гравитации» светового пятна в линейном поле зрения датчика на основании значений энергии, обнаруживаемой фотодиодами. Действительно:

- когда световое пятно находится в центре поля зрения датчика, все четыре фотодиода будут измерять одинаковую световую энергию и выдавать сигналы одного значения, если не считать шума измерения. Следовательно, вычисленный барицентр тоже находится в центре линейного поля зрения;

- если пятно смещено в сторону одного из фотодиодов, указанный фотодиод выдаст более сильный сигнал, чем другие фотодиоды, и вычисленный барицентр светового пятна будет смещен в сторону указанного фотодиода.

Устройство обнаружения и локализации этого типа используют, например, чтобы направлять транспортное средство на световое пятно, исходящее от объекта.

Задача изобретения

Изобретение призвано предложить средство для улучшения характеристик такого устройства обнаружения и локализации.

Раскрытие изобретения

Для этого изобретением предложено устройство обнаружения и локализации, содержащее несколько оптических датчиков, имеющих поля зрения, которые в совокупности образуют поле зрения устройства обнаружения и локализации, при этом каждый датчик содержит множество фотодиодов, имеющих поля зрения, в совокупности образующие поле зрения датчика, при этом датчики связаны с блоком управления таким образом, что каждый датчик выдает первый сигнал, соответствующий сумме по меньшей мере двух из сигналов фотодиодов.

Когда каждый фотодиод выдает относительно слабый сигнал, то, суммируя сигналы нескольких фотодиодов, получают более сильный сигнал, а шум остается по существу таким же, поэтому соотношение сигнал/шум увеличивается.

Другие признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительных частных вариантов выполнения изобретения.

Краткое описание фигур

Описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в перспективе заявленного устройства обнаружения и локализации.

Фиг. 2 - схематичный вид электронной схемы этого устройства обнаружения и локализации с датчиками, вид спереди.

Фиг. 3 - вид, аналогичный фиг. 2, одного из этих датчиков согласно варианту выполнения.

Подробное описание изобретения

Показанное на фиг. 1 и 2 устройство 1 обнаружения и локализации содержит четыре оптических датчика, имеющих общие обозначения Q1, Q2, Q3, Q4, поля зрения которых в совокупности образуют поле зрения устройства 1 обнаружения и локализации, и блок 10 управления, связанный с датчиками Q1, Q2, Q3 и Q4.

Каждый оптический канал содержит датчик (Q1, Q2, Q3 или Q4), имеющий четыре фотодиода, расположенные в квадрантах (и символически показанные, каждый, в виде четверти диска для упрощения фигур), и оптическую группу, образующую поле зрения каждого оптического канала, которое в совокупности с полем зрения других оптических каналов этого же датчика образует поле зрения данного датчика. В данном случае оптические группы имеют обозначения L1, L2, L3, L4. В данном случае фотодиоды являются единичными фотодиодами и обозначены Qi1, Qi2, Qi3 и Qi4, где i соответствует номеру датчика.

Три из фотодиодов каждого датчика Q1, Q2, Q3, Q4 соединены с собирательной линией Q1с, Q2с, Q3с, Q4с, соединенной с блоком 10 управления, а последний фотодиод каждого датчика Q1, Q2, Q3, Q4 соединен напрямую с блоком 10 управления соответственно через линию Q1d, Q2d, Q3d, Q4d.

Следует отметить, что фотодиод, соединенный напрямую с блоком 10 управления, не является одним и тем же для четырех датчиков Q1, Q2, Q3, Q4.

В частности, в данном случае:

- фотодиоды Q12, Q13 и Q14 соединены с собирательной линией Q1c;

- фотодиоды Q21, Q23 и Q24 соединены с собирательной линией Q2c;

- фотодиоды Q31, Q32 и Q34 соединены с собирательной линией Q3c;

- фотодиоды Q41, Q42 и Q43 соединены с собирательной линией Q4c.

Таким образом, каждый датчик Q1, Q2, Q3 и Q4 выдает в блок 10 управления первый сигнал, соответствующий сумме сигналов трех фотодиодов, соединенных с собирательной линией Q1с, Q2с, Q3с или Q4с, и второй сигнал, соответствующий сигналу фотодиода, соединенного с линией Q1d, Q2d, Q3d или Q4d. Первый сигнал является, таким образом, аналоговой суммой сигналов трех фотодиодов, соединенных с собирательной линией Q1с, Q2с, Q3с или Q4с.

Блок 10 управления имеет электронную карту, содержащую, как известно, процессор и память, в которой записана программа управления устройства 1 обнаружения и локализации.

Блок 10 управления запрограммирован таким образом, чтобы, с одной стороны, вычитать второй сигнал из первого сигнала каждого датчика Q1, Q2, Q3 и Q4 и, с другой стороны, суммировать первый сигнал и второй сигнал каждого датчика Q1, Q2, Q3 и Q4.

Сигнал, полученный в результате вычитания, используют для углового измерения. На первый сигнал и на второй сигнал влияет одинаковый шум, но полезная составляющая второго сигнала является достаточно малой по сравнению с полезной составляющей первого сигнала. Вычитание второго сигнала из первого сигнала позволяет, таким образом, очень просто уменьшить шум, не слишком уменьшая полезную составляющую первого сигнала.

Сигнал, полученный в результате сложения, используют для улучшения соотношения сигнал/шум и для выполнения углового измерения.

В варианте, показанном на фиг. 3, фотодиоды каждого датчика Q1, Q2, Q3 и Q4 связаны между собой через переключатели 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 таким образом, чтобы иметь возможность соединять любые фотодиоды одного датчика Q1, Q2, Q3 и Q4 между собой и с собирательной линией Q1с, Q2с, Q3с или Q4с. Каждая собирательная линия Q1с, Q2с, Q3с и Q4с соединена с блоком 10 управления через усилитель 25 и аналого-цифровой преобразователь 30.

Блок 10 управления выполнен с возможностью менять фотодиоды, выдающие первый сигнал и второй сигнал. В частности, блок 10 управления выполнен таким образом, чтобы периодически производить смену путем круговой перестановки фотодиодов и чтобы фильтровать полученные измерения. Фильтрация представляет собой, например, усреднение, которое позволяет устранить ошибки в сигналах в результате усреднения.

Круговую перестановку предпочтительно осуществляют после обнаружения светового пятна (такого как лазерный импульс).

Например, блок 10 управления запрограммирован таким образом, чтобы:

- при импульсе р:

- соединить фотодиоды Q12, Q13 и Q14 с собирательной линией Q1c;

- соединить фотодиоды Q21, Q23 и Q24 с собирательной линией Q2c;

- соединить фотодиоды Q31, Q32 и Q34 с собирательной линией Q3c;

- соединить фотодиоды Q41, Q42 и Q43 с собирательной линией Q4c;

- при импульсе р+1:

- соединить фотодиоды Q11, Q13 и Q14 с собирательной линией Q1c;

- соединить фотодиоды Q21, Q22 и Q24 с собирательной линией Q2c;

- соединить фотодиоды Q31, Q32 и Q33 с собирательной линией Q3c;

- соединить фотодиоды Q42, Q43 и Q44 с собирательной линией Q4c;

- при импульсе р+2:

- соединить фотодиоды Q11, Q12 и Q14 с собирательной линией Q1c;

- соединить фотодиоды Q21, Q22 и Q23 с собирательной линией Q2c;

- соединить фотодиоды Q32, Q33 и Q34 с собирательной линией Q3c;

- соединить фотодиоды Q41, Q43 и Q44 с собирательной линией Q4c;

- при импульсе р+3:

- соединить фотодиоды Q11, Q12 и Q13 с собирательной линией Q1c;

- соединить фотодиоды Q22, Q23 и Q24 с собирательной линией Q2c;

- соединить фотодиоды Q31, Q33 и Q34 с собирательной линией Q3c;

- соединить фотодиоды Q41, Q42 и Q44 с собирательной линией Q4c.

Фильтрация взвешиваний, применяемая во время этой циклической калибровки, позволяет уменьшить погрешности чувствительности шестнадцати фотодиодов и их электроники, которые могут быть связаны со старением фотодиодов (например, по причине окисления) или с изменением аналогового коэффициента усиления или коэффициента усиления фотоэлектрического преобразования (изменение напряжения смещения или каскада питания, соединенного с датчиком). Это представляет собой преимущество, так как эти погрешности имеют тенденцию к изменению во времени или с температурой таким образом, что их невозможно скорректировать раз и навсегда.

Циклическую калибровку можно осуществлять в то время, когда транспортное средство, на котором установлено устройство обнаружения и локализации, перемещается или когда оно стоит на месте.

Разумеется, изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и охватывает любую версию, входящую в объем изобретения, определенный формулой изобретения.

В частности, число фотодиодов может отличаться от четырех, и они могут быть расположены по-другому. Например, устройство может содержать восемь фотодиодов, расположенных в виде матрицы.

В менее предпочтительной версии первого варианта выполнения изобретения вторым сигналом можно пренебречь.

Можно предусмотреть другие виды фильтрации, отличные от усреднения.

Усилитель может быть установлен на выходе каждого фотодиода перед переключателями 20.1, 20.2, 20.3, 20.4.

Суммирование можно производить аналоговым или цифровым способом.

В некоторых обстоятельствах первый сигнал может быть равен сумме сигналов всех фотодиодов.

В версии, фотодиоды Qi1, Qi2, Qi3, Qi4, выдающие первый сигнал, соединены друг с другом стационарно.

1. Устройство обнаружения и локализации, содержащее несколько оптических датчиков (Q1, Q2, Q3, Q4), имеющих поля зрения, которые в совокупности образуют поле зрения устройства обнаружения и локализации, при этом каждый датчик содержит множество фотодиодов (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4), имеющих поля зрения, в совокупности образующие поле зрения датчика, при этом датчики связаны с блоком (10) управления таким образом, что каждый датчик выдает первый сигнал, соответствующий сумме сигналов по меньшей мере двух из фотодиодов, при этом первый сигнал соответствует сумме сигналов всех фотодиодов (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4) кроме одного, и каждый датчик выдает второй сигнал, образованный сигналом фотодиода (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4), не учитываемого для первого сигнала, при этом блок (10) управления выполнен с возможностью вычитать второй сигнал каждого датчика (Q1, Q2, Q3, Q4) из его первого сигнала.

2. Устройство по п. 1, в котором блок (10) управления выполнен с возможностью суммировать первый сигнал и второй сигнал каждого датчика (Q1, Q2, Q3, Q4).

3. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотодиоды (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4), выдающие первый сигнал, соединены друг с другом стационарно.

4. Устройство по любому из пп. 1-3, в котором фотодиоды (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4) каждого датчика соединены между собой через переключатели (20.1, 20.2, 20.3, 20.4) таким образом, чтобы иметь возможность соединять любые фотодиоды (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4) между собой, и переключатели соединены с блоком (10) управления для их управления указанным блоком управления.

5. Устройство по п. 4, в котором блок (10) управления выполнен с возможностью управлять переключателями таким образом, чтобы менять фотодиоды (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4), выдающие первый сигнал.

6. Устройство по п. 4 или 5, в котором блок (10) управления выполнен с возможностью периодически производить смену фотодиодов путем перестановки фотодиодов (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4) и с возможностью фильтровать полученные измерения.

7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, в котором фотодиоды (Qi1, Qi2, Qi3, Qi4) присутствуют в количестве четырех для каждого датчика (Q1, Q2, Q3, Q4).



 

Похожие патенты:

Использование: для создания одно- или многоэлементных приемников излучения с фоточувствительными элементами на основе структуры с фотодиэлектрическим эффектом. Сущность изобретения заключается в том, что сегнетоэлектрический фотоприемник содержит расположенную на подложке пленку, на основе поляризованного сегнетоэлектрика, электродные покрытия, причем с верхней стороны пленки оно оптически полупрозрачное, согласно изобретению пленка выполнена из диэлектрического связующего и титаната бария, а подложка из диэлектрического связующего и суспензии люминофора, причем пленка и подложка расположены между электродными покрытиями, а с нижней стороны подложки электродное покрытие полупрозрачное в жесткой ультрафиолетовой и мягкой рентгеновской областях спектра.

Изобретение относится к составам покрытий полупроводниковых материалов и решает задачу увеличения эффективности захвата излучения солнечной батареей на длинах волн 440±10 нм и в диапазоне от 900 до 1700 нм.

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к способам изготовления полупроводниковых приборов, предназначенных для детектирования инфракрасного (ИК) излучения при комнатной или иной рабочей температуре.

Данное изобретение относится к фотоэлектрическому модулю в виде ламината, который демонстрирует систему фотоэлементов, имеющую герметизирующий слой на тыльной стороне и на лицевой стороне, барьерный слой, расположенный на тыльном герметизируем слое и на лицевом герметизирующем слое, первый SiOx слой, основной веб-слой, второй SiOx слой, необязательный слой фотолака, клеевой слой и слой стекла, причем серебряное низко-Э покрытие расположено в одном или между двумя лицевыми слоями, таким образом, защищая чувствительное к коррозии серебряное покрытие с низкой эмиссионной способностью (низко-Э покрытие) от действия влаги.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к способам изготовления трехкаскадных фотопреобразователей. Способ изготовления фотопреобразователя, согласно изобретению, включает формирование контактной металлизации на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вытравливание мезы, вжигание контактов, разделение полупроводниковой структуры на чипы дисковой резкой, удаление контактного слоя многослойной полупроводниковой структуры химико-динамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении гидроокиси тетраметиламмония 0,3÷0,7 масс.

Изобретение относится к области оптоэлектроники, а именно - к быстродействующим интегральным фотодетекторам на основе полупроводниковых материалов типа AIIIBV. Для увеличения быстродействия при сохранении высокой чувствительности в фотодетектор с управляемой передислокацией максимумов плотности носителей заряда, содержащий полуизолирующую подложку, полупроводниковую область поглощения оптического излучения, высоколегированные приконтактные области n и р типов проводимости, соединенные с ними первый и второй металлические электроды, введены управляющий р-n переход, который образован нижней узкозонной GaAs-областью р-типа проводимости и верхней широкозонной AlGaAs-областью n-типа проводимости, высоколегированная приконтактная подобласть р-типа проводимости, первая управляющая металлическая шина, нижняя LT-GaAsSb и верхняя LT-InGaAs области рекомбинации с малым временем жизни и низкой подвижностью носителей заряда, широкозонная AlGaAs-область n-типа проводимости, вторая управляющая металлическая шина, расположенная над широкозонной AlGaAs-областью n-типа проводимости и образующая с ней управляющий переход Шоттки.

Изобретение относится к солнечному элементу, содержащему первый слой, имеющий расположенные в шахматном порядке области, содержащие фотоэлектрический слой, и области, содержащие по меньшей мере отражающий слой; второй слой, расположенный над первым слоем и на расстоянии от него, причем второй слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия второго слоя совпадают с областями первого слоя, имеющими фотоэлектрический слой; слой зажигательного стекла, расположенный над вторым слоем и на расстоянии от него, причем имеющие фотоэлектрический слой области как первого, так и второго слоев, а также области, имеющие по меньшей мере отражающий слой, обращены к слою зажигательного стекла; и третий слой, расположенный между первым и вторым слоями, предпочтительно расположенный на втором слое, причем третий слой имеет расположенные в шахматном порядке области, имеющие фотоэлектрический слой, и отверстия, причем отверстия третьего слоя совпадают с отверстиями второго слоя, и области третьего слоя, имеющие фотоэлектрический слой, обращены к первому слою.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности к способу изготовления фотопреобразователей, и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую энергию.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к полупроводниковым фотопреобразователям. Базовый модуль солнечной батареи включает прямоугольную подложку и расположенный на ней источник электроэнергии в виде одного или нескольких солнечных элементов с разнополярными выводами.

Усовершенствованное устройство для генерации солнечной энергии, включающее по меньшей мере один модуль солнечной батареи. Солнечные элементы в модуле солнечной батареи соединены между собой в конфигурации матричной сетки.

Изобретение относится к составам покрытий полупроводниковых материалов и решает задачу увеличения эффективности захвата излучения солнечной батареей на длинах волн 440±10 нм и в диапазоне от 900 до 1700 нм.
Наверх